在宇宙學(xué)研究的浩瀚星海中，一項(xiàng)突破性的成果正引領(lǐng)我們邁向全新的認(rèn)知邊界?？茖W(xué)家們利用前沿技術(shù)，成功設(shè)立了宇宙流體力學(xué)模擬的新標(biāo)桿，為探索原子物質(zhì)與暗物質(zhì)的物理特性奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、阿貢計(jì)算科學(xué)部主任Salman Habib揭示了宇宙構(gòu)成的奧秘：“宇宙由兩大組成部分構(gòu)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(yùn)作機(jī)制，我們必須對(duì)這兩大要素進(jìn)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?！彼蜗蟮乇扔鞯?，這就像是天體物理學(xué)的“全能廚房”，而宇宙流體動(dòng)力學(xué)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(yīng)的宇宙膨脹模型，宇宙流體動(dòng)力學(xué)模擬在計(jì)算成本和執(zhí)行難度上均顯著提升。Habib進(jìn)一步闡述：“若要模擬智利魯賓天文臺(tái)等頂級(jí)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)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。”

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(xué)代碼。這款原本為15年前千萬億級(jí)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的代碼，在ExaSky框架的升級(jí)助力下，已能夠應(yīng)對(duì)百億億次級(jí)計(jì)算機(jī)的挑戰(zhàn)。ExaSky是Habib在Exascale Computing Project（ECP）內(nèi)領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)特殊項(xiàng)目，ECP是一個(gè)耗資18億美元（約合當(dāng)前130.59億元人民幣）、自2016年至2024年持續(xù)進(jìn)行的DOE計(jì)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(jì)算的超級(jí)計(jì)算機(jī)的先進(jìn)程序和軟件。

在ExaSky項(xiàng)目的推動(dòng)下，HACC研究團(tuán)隊(duì)在過去七年中不斷為代碼增添新功能，并進(jìn)行了全面優(yōu)化，使其能夠在基于GPU加速器的百億億次級(jí)機(jī)器上高效運(yùn)行。據(jù)悉，HACC在Frontier超級(jí)計(jì)算機(jī)上的運(yùn)行速度，幾乎是參考速度的300倍。

這項(xiàng)開創(chuàng)性的模擬，借助Frontier超級(jí)計(jì)算機(jī)的約9000個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)和AMD Instinct MI250X GPU的強(qiáng)大支持，實(shí)現(xiàn)了破紀(jì)錄的性能?！斑@不僅體現(xiàn)了物理領(lǐng)域前所未有的規(guī)模，更是百億億次計(jì)算與現(xiàn)代觀測(cè)直接比較所必需的，”O(jiān)LCF科學(xué)主任Bronson Messer強(qiáng)調(diào)，“它還納入了重子和其他動(dòng)態(tài)物理學(xué)的額外物理真實(shí)性，使得這一模擬成為Frontier的真正杰作?！?/p>