Суперкомпьютер Frontier, находящийся в Национальной лаборатории Оук-Ридж (США), недавно завершил одну из самых сложных компьютерных симуляций Вселенной на сегодняшний день. Этот проект стал возможен благодаря его экстраординарной вычислительной мощности, позволяющей выполнять до 1,1 экзаFLOPS, что эквивалентно 1,1 квинтиллиона операций с плавающей запятой в секунду. Frontier состоит из 9 472 центральных процессоров и 37 888 графических процессоров, что делает его одним из самых мощных вычислительных устройств в мире.
Изначально Frontier занимал первое место среди суперкомпьютеров, однако в ноябре 2024 года его обогнал El Capitan, который продемонстрировал скорость в 1,742 экзаFLOPS. Несмотря на это, Frontier продолжает оставаться важным инструментом для астрономов, поскольку его возможности позволяют проводить детальные симуляции, которые ранее были недоступны.
Команда из Аргоннской национальной лаборатории, возглавляемая Салманом Хабибом, использовала аппаратный/гибридный ускоренный космологический код (HACC) для моделирования эволюции Вселенной. Этот код был разработан около 15 лет назад и адаптирован для работы на самых быстрых суперкомпьютерах. Ранее HACC использовался на менее мощных системах, таких как Summit, который был самым быстрым с 2018 по 2020 годы. Например, в рамках одного из проектов команда моделировала три разные космологии, названные в честь планет из "Звездного пути": Qo'nos, Vulcan и Ferenginar. Эти симуляции помогли понять, как темная энергия может влиять на формирование галактик.
Темная материя и темная энергия составляют основу стандартной модели космологии, в то время как обычная барионная материя составляет менее 5% всей материи во Вселенной. В рамках новой симуляции Frontier исследователи стремятся учесть не только гравитацию, но и другие физические процессы, такие как образование звезд и черных дыр, а также взаимодействие горячего газа. Это позволяет создать более полное представление о структуре и эволюции космоса.
Симуляции на Frontier могут оказать значительное влияние на астрономические исследования. Они позволят ученым проверять свои модели, задавая вопросы о природе темной материи и темной энергии, а также рассматривать альтернативные теории гравитации. Например, модифицированная ньютоновская динамика (MOND) предлагает иной взгляд на взаимодействие объектов в космосе, и результаты симуляции могут помочь определить, какая модель лучше всего соответствует наблюдениям.
Однако, несмотря на впечатляющие достижения, ученые сталкиваются с философским вопросом: если вычислительная мощность продолжает расти, насколько детальными могут стать наши симуляции? Некоторые исследователи даже предполагают, что мы сами можем жить в симуляции, что добавляет еще больше интереса к этой теме.
Подготовка HACC для работы на Frontier потребовала значительных усилий. Проект ExaSky, финансируемый Министерством энергетики США, поставил цель, чтобы HACC работал на Frontier как минимум в 50 раз быстрее, чем на Titan, который был самым быстрым суперкомпьютером в 2012 году. В ходе тестирования HACC превзошел эти ожидания, показав эффективность почти в 300 раз выше.
Бронсон Мессер, директор по науке в Oak Ridge Leadership Computing Facility, отметил, что HACC добавляет физический реализм в симуляции, что делает их настоящим достижением Frontier. Результаты этих симуляций будут доступны астрономическому сообществу, что позволит исследовать различные аспекты космологии и проверять их на практике.
Фактически, симуляции, созданные на Frontier, предоставляют возможность глубже понять, как устроена Вселенная, и какие силы действуют в ней. Вопросы о темной материи и энергии, а также о том, как они влияют на эволюцию галактик, остаются актуальными. С течением времени, возможно, мы сможем получить ответы на эти загадки, используя мощные инструменты, такие как Frontier.
