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

据报道，美国能源部阿贡国家实验室的科学家们利用橡树岭国家实验室的“前沿（Frontier）”超级计算机，成功实现了有史以来规模最大的宇宙天体物理模拟。

这一突破为宇宙流体力学模拟设立了新的标杆，并为模拟原子物质和暗物质的物理特征打下了坚实基础。

项目负责人、阿贡计算科学部主任 Salman Habib 表示：“宇宙主要由两部分组成：暗物质（仅与引力相互作用）和常规物质，即原子物质。”

Habib 进一步解释道：“要了解宇宙的运行方式，我们需要模拟引力以及其他各种物理现象，包括热气体、恒星形成以及黑洞生成。”他将这比作天体物理学的“厨房水槽”，称这些模拟为宇宙流体动力学模拟。

相较于仅考虑引力效应的膨胀宇宙模拟，宇宙流体动力学模拟的计算成本更高，执行难度也更大。

Habib 表示：“例如，如果我们要模拟智利鲁宾天文台等大型望远镜观测到的广阔天空，我们需要模拟数十亿年的膨胀。”“在此之前，我们无法想象除了在仅考虑引力的近似情况下进行如此大规模的模拟。”

据介绍，这次模拟使用的超级计算机代码为 HACC，它是硬件/混合加速宇宙学代码的缩写。该代码最初是为15年前千万亿次计算机而开发的，后来随着 ExaSky 框架的升级，现已适用于百亿亿次级计算机。

ExaSky 是 Habib 在 Exascale Computing Project (ECP) 内领导的一个重要项目，该项目共涉资18亿美元（折合约130.59亿元人民币），旨在开发先进程序和软件，以支持每秒超千万亿次或十亿亿次计算的超级计算机。

作为 ExaSky 项目的一部分，HACC 研究团队在过去七年中不断为代码增加新功能，并对其进行了优化，以适用于基于 GPU 加速器的百亿亿次级计算机。据称，HACC 在 Frontier 上的运行速度约为参考速度的300倍。

这次模拟利用了 Frontier 的约9000个计算节点，并由AMD Instinct MI250X GPU提供支持，达到了创纪录的性能。“这次模拟不仅在物理规模上取得了突破，为与百亿亿次计算和现代观测直接做对比提供了必要基础，”OLCF 科学主任 Bronson Messer 表示，“它还增加了额外的物理真实性，包括重子和其他动态物理过程的模拟，使这项工作成为 Frontier 的杰作。”

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