2019-08-26 05:57:01
在米拉上运行的大型宇宙模拟

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今年秋天将在米拉展开一场极其庞大的宇宙学模拟 - 这是有史以来最广泛的五次模拟,并举例说明了美国能源部(DOE)阿贡国家实验室领导级超级计算机所遇到的问题范围。

Argonne物理学家和计算科学家Katrin Heitmann领导该项目。在2013年,IBM Blue Gene / Q系统在美国能源部科学用户设施办公室Argonne Leadership Computing Facility(ALCF)上线时,Heitmann是第一批利用Mira能力的人之一。在当时有史以来最大规模的宇宙学模拟中,她和她的同事进行的外环模拟多年来进行了进一步的科学研究。

对于新的努力,海特曼已经获得了大约8亿个核心小时的时间来进行模拟,该模拟反映了卫星和望远镜的尖端观测进展,并将成为许多调查所使用的天空地图的基础。这个模拟演变了大量的粒子,旨在帮助解决暗能量和暗物质的奥秘。

“通过将这种模拟转化为一种非常接近地模拟不同波长的观测数据的合成天空,这项工作可以在整个研究界开展大量的科学项目,”Heitmann说。 “但它给我们带来了巨大的挑战。”也就是说,为了生成跨越不同波长的合成天空,团队必须提取相关信息并在后处理中实时或在事后进行分析。后处理需要存储大量数据 - 实际上,仅仅读取数据变得极其昂贵。

自Mira推出以来,Heitmann及其团队已在其硬件/混合加速宇宙学代码(HACC)中实施了更复杂的分析工具,用于实时处理。 “此外,与外环模拟相比,我们实现了三项重大改进,”她说。 “首先,我们的宇宙学模型已经更新,以便我们可以使用最佳的观测输入进行模拟。其次,当我们的目标是全机运行时,音量将会增加,从而获得更好的统计数据。最重要的是,我们建立了几个新的分析程序,使我们能够为各种调查生成合成天空,从而使我们能够研究各种各样的科学问题。“

该团队的模拟将解决宇宙学中的许多基本问题,对于实现现有预测工具的改进和帮助开发新模型至关重要,影响正在进行和即将进行的宇宙学调查,包括暗能量光谱仪器(DESI),大型天文学测量望远镜(LSST),SPHEREx和“Stage-4”地面宇宙微波背景实验(CMB-S4)。模拟的价值来自于其巨大的体积(这是覆盖测量区域的大部分所必需的)以及达到足以捕获容纳微弱星系的小结构的质量和力分辨率的水平。

体积和分辨率构成了陡峭的计算要求,并且由于它们不易被满足,因此很少进行大规模的宇宙学模拟。造成执行困难的原因在于,自Mira推出以来,超级计算机的内存占用量与处理速度不成比例。这使得该系统尽管具有相对年龄,但在完全利用时却非常适合大规模的活动。

ALCF科学总监Katherine Riley表示,“这种规模的计算只是对2021/22年度开发中的亿亿级资源能够实现的一瞥。” “研究界将在很长一段时间内利用这项工作。”

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