在宇宙學研究的浩瀚星海中，一項突破性的成果正引領我們邁向全新的認知邊界?？茖W家們利用前沿技術，成功設立了宇宙流體力學模擬的新標桿，為探索原子物質(zhì)與暗物質(zhì)的物理特性奠定了堅實的基礎。
項目負責人、阿貢計算科學部主任Salman Habib揭示了宇宙構成的奧秘：“宇宙由兩大組成部分構成：一是暗物質(zhì)，它迄今僅與引力產(chǎn)生作用；二是常規(guī)物質(zhì)，或稱原子物質(zhì)。若欲洞悉宇宙的運作機制，我們必須對這兩大要素進行模擬——引力以及涵蓋熱氣體、恒星、黑洞形成等在內(nèi)的所有物理現(xiàn)象。”他形象地比喻道，這就像是天體物理學的“全能廚房”，而宇宙流體動力學模擬正是我們烹飪宇宙秘密的“秘方”。
相較于單純模擬引力效應的宇宙膨脹模型，宇宙流體動力學模擬在計算成本和執(zhí)行難度上均顯著提升。Habib進一步闡述：“若要模擬智利魯賓天文臺等頂級望遠鏡觀測到的廣闊宇宙，我們需追溯數(shù)十億年的宇宙膨脹歷程。此前，如此大規(guī)模的模擬在僅考慮引力的近似條件下都顯得遙不可及?！?/p>
此次模擬的核心，是一款名為HACC的超算代碼，全稱為硬件/混合加速宇宙學代碼。這款原本為15年前千萬億級計算機設計的代碼，在ExaSky框架的升級助力下，已能夠應對百億億次級計算機的挑戰(zhàn)。ExaSky是Habib在Exascale Computing Project（ECP）內(nèi)領導的一項特殊項目，ECP是一個耗資18億美元（約合當前130.59億元人民幣）、自2016年至2024年持續(xù)進行的DOE計劃，匯聚數(shù)千名專家，致力于開發(fā)適用于每秒執(zhí)行超千萬億次或十億億次計算的超級計算機的先進程序和軟件。
在ExaSky項目的推動下，HACC研究團隊在過去七年中不斷為代碼增添新功能，并進行了全面優(yōu)化，使其能夠在基于GPU加速器的百億億次級機器上高效運行。據(jù)悉，HACC在Frontier超級計算機上的運行速度，幾乎是參考速度的300倍。
這項開創(chuàng)性的模擬，借助Frontier超級計算機的約9000個計算節(jié)點和AMD Instinct MI250X GPU的強大支持，實現(xiàn)了破紀錄的性能?！斑@不僅體現(xiàn)了物理領域前所未有的規(guī)模，更是百億億次計算與現(xiàn)代觀測直接比較所必需的，”O(jiān)LCF科學主任Bronson Messer強調(diào)，“它還納入了重子和其他動態(tài)物理學的額外物理真實性，使得這一模擬成為Frontier的真正杰作。”
