超大型宇宙模拟系统即将启动,助力揭开暗物质和暗能量的奥秘!

超大型宇宙模拟系统即将启动,助力揭开暗物质和暗能量的奥秘!
2019年08月26日 00:37 新浪网 作者 哼哼情感屋

超大型宇宙模拟系统即将启动,助力揭开暗物质和暗能量的奥秘!

今年秋天,Mira上将运行一个超大型的宇宙模拟系统,这是迄今为止所进行的五个最广泛模拟系统之一,它展示了美国能源部阿贡国家实验室(DOE's)巨型计算机所处理问题的范围。阿贡的物理学家和计算科学家卡特琳·海特曼(Katrin Heitmann)领导了这个项目。早在2013年IBM Blue Gene/Q系统在美国能源部下属的科学用户设施ALCF上线时,海特曼是首批利用Mira能力的人之一。在当时进行的最大宇宙学模拟中,海特曼和同事进行外部环模拟使多年来的进一步科学研究成为可能。

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在这项新研究中,Heitmann已经分配了大约8亿小时的核心时间来进行模拟,该模拟反映了卫星和望远镜的前沿观测进展,并将成为许多研究使用宇宙地图的基础。通过对大量粒子的演化,模拟目的是帮助解决暗能量和暗物质的奥秘。通过将这个模拟转换成一个人造的宇宙,可以很好地模拟不同波长的观测数据,这项研究可以使整个研究领域的大量科学项目成为可能。但也给我们带来了一个巨大的挑战,也就是说,为了生成跨越不同波长的模拟宇宙。

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研究团队必须提取相关信息,并在模拟中或模拟后处理进行分析。后处理需要存储大量的数据——事实上,如此之多,以至于仅仅读取数据就变得非常昂贵。自从Mira运行以来,海特曼和研究团队已经在硬件/混合加速宇宙学代码(HACC)中实现了更复杂的分析工具,用于实时处理。此外,与外部环模拟相比,实现了三个主要改进,首先,宇宙学模型已经更新,这样就可以用最好的观测输入进行模拟。其次,由于目标是实现全机运行,因此体积将会增加,从而获得更好的统计数据。

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最重要的是,还建立了几个新的分析程序,这将能使我们为广泛的研究生成模拟宇宙,从而研究广泛的科学问题。该团队模拟将解决宇宙学中的许多基本问题,对于改进现有的预测工具和帮助开发新模型至关重要,这将影响正在进行和即将进行的宇宙学研究,包括暗能量光谱仪(DESI)、大型天气观测望远镜(LSST)、SPHEREx和“第四阶段”地面宇宙微波背景实验(CMB-S4)。模拟价值在于其巨大的体积(这对于覆盖大部分测量区域是必要的),以及获得足够的质量和力分辨率来捕捉微弱星系的小结构。

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体积和分辨率对计算有很高的要求,由于不容易满足,很少进行大规模的宇宙学模拟。造成执行困难的原因之一是,自从Mira引入以来,超级计算机的内存占用并没有随着处理速度成比例地提高。这使得该系统,尽管它的相对年龄,相当适合大规模运动时充分利用。ALCF科学主任Katherine Riley表示:对这个规模的计算只是一瞥,看看现在发展中的百亿亿美元资源在2021/2022年会达到什么程度,研究团体将在很长一段时间内利用这项工作。

博科园|研究/来自:阿贡国家实验室博科园|科学、科技、科研、科普

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