美超级计算机Frontier超算实现最大规模宇宙天体物理模拟，为宇宙流体力学模拟设定新基准

11 月 27 日消息，据新华社，美国能源部阿贡国家实验室科学家 11 月初利用橡树岭国家实验室的“前沿（Frontier）”超级计算机，实现了迄今最大规模宇宙天体物理模拟。

这为宇宙流体力学模拟设定了新基准，也为模拟原子物质和暗物质的物理特征奠定了坚实基础。

“宇宙中有两个组成部分：暗物质（据目前所知，它只会与引力产生相互作用）和常规物质，或原子物质”，项目负责人、阿贡计算科学部主任 Salman Habib 表示。

“因此，如果我们想知道宇宙在做什么，我们需要模拟这两件事：引力以及所有其他物理现象，包括热气体、恒星和黑洞的形成。”他将其比作是天体物理学的“厨房水槽”，“这些模拟就是我们所谓的宇宙流体动力学模拟”。

与仅涉及引力效应的膨胀宇宙模拟过程相比，宇宙流体动力学模拟在计算成本上明显更高，并且执行难度更大。

“例如，如果我们要模拟智利鲁宾天文台等大型望远镜所观测到的大片宇宙，那么我们就要观察数十亿年的膨胀。”“在此之前，我们甚至无法想象除了在仅考虑引力的近似下进行如此大规模的模拟。”

据介绍，此次模拟中使用的超算代码称为 HACC，是硬件 / 混合加速宇宙学代码的缩写。不过，它原本属于是为 15 年前千万亿级计算机开发的代码，后来随着 ExaSky 框架的升级而升级，现在已经能够应对百亿亿次级计算机的应用。

ExaSky 是 Habib 在 Exascale Computing Project (ECP) 内领导的一个特殊项目，而 ECP 则是一个从 2016 年持续到 2024 年的 18 亿美元（IT之家备注：当前约 130.59 亿元人民币）的 DOE 计划，汇集了数千名专家，旨在为每秒执行超千万亿次或十亿亿次计算的超级计算机开发先进程序和软件。

作为 ExaSky 的一部分，HACC 研究团队在过去七年中为代码添加了新功能，并对其进行了重新优化，以便在基于 GPU 加速器的百亿亿次级机器上运行。据称，HACC 在 Frontier 上运行时的速度几乎是参考运行速度的 300 倍。

这项新的模拟使用了 Frontier 大约 9,000 个计算节点，并由 AMD Instinct MI250X GPU 提供支持，实现了破纪录的性能。“这不仅仅是物理域的绝对规模，这对于与百亿亿次计算与现代观测进行直接比较所必需的，”OLCF 科学主任 Bronson Messer 说，“它还包括了包括重子和所有其他动态物理学的额外物理真实性，从而使得这种模拟成为 Frontier 的真正杰作。”