 |
Часть
виртуальной Вселенной (примерно 1 млрд световых лет по горизонтали) показывает,
как тёмная материя распределяется в пространстве, окружая жёлтые гало и
соединяясь тёмными нитями. Белые регионы — районы космической пустоты, наименее
плотные районы Вселенной. Фото: Joachim Stadel, Университет Цюриха
|
Китайцы побили
европейский рекорд и создали крупнейший симулятор Вселенной. Учёные назвали это
«разминкой» для мощнейшего в мире суперкомпьютера Sunway TaihuLight на 10 млн ядрах CPU, пишет газета South China Morning Post (SCMP). Что
интересно, предыдущий рекорд с «крупнейшим симулятором Вселенной» установлен
совсем недавно — в июне 2017 года в Университете Цюриха.
Швейцарская модель —
это гигантский каталог примерно 25 млрд галактик, сгенерированных из
2 трлн «цифровых частиц», представляющих собой некое «dark matter fluid». В китайской модели количество частиц увеличили
до 10 триллионов, и она симулирует Большой взрыв и расширение Вселенной на
раннем этапе.
Специалисты считают,
что симуляция создания Вселенной поможет определить наиболее интересные районы
космоса для более детального изучения с помощью телескопов.
Для создания
швейцарской симуляции была создана специальная программа PKDGRAV3 (она описана
в научной работе в журнале Computational
Astrophysics and Cosmology, doi:10.1186/s40668-017-0021-1). Этот код
наиболее оптимально использует архитектуру современных суперкомпьютеров, таких
как Piz Daint в Швейцарском национальном вычислительном центре. На этом
суперкомпьютере программа использовала 4000+ нодов GPU, а исполнение заняло 80
часов. За это время она сгенерировала виртуальную Вселенную из 2 трлн
цифровых макро-частиц тёмной материи. Из этих частиц и был извлечён каталог
25 млрд виртуальных галактик.
Суть эксперимента в
том, что модель симуляции соответствует и реликтовому излучению ранней
Вселенной, которое фиксируется современными телескопами. Это излучение
сформировалось, когда Вселенной было примерно 400 000 лет. Модель как бы
«трансформирует» макро-частицы тёмной материи в 25 млрд виртуальных
галактик, которые должны соответствовать современным наблюдениям.
Космологи предполагают,
что «dark matter fluid» под воздействием гравитации скапливалось в так
называемые гало тёмной материи, в которых и формировались галактики вроде
нашего Млечного Пути.
 |
Крупномасштабная
структура Вселенной в рамках симуляции с двумя триллионами частиц /
©Douglas Potter et al., Computational Astrophysics and Cosmology,
2017
|
Модель Университета
Цюриха симулировала всю видимую Вселенную и все галактики в ней размером больше
10% от Млечного Пути. В целом, это часть более крупного проекта Euclid Европейского космического
агенства по изучению загадочной тёмной материи, которая составляет 23% нашей
Вселенной, и не менее загадочной тёмной энергии, которая составляет ещё 72%.
В китайской прессе
пишут, что их суперкомпьютер обошёл в производительности швейцарский — и они
выполнили вычисления не с 2 трлн, а с 10 трлн макро-частицами. При
этом вычисления заняли всего 1 час. Странно, что газета не учитывает тот
факт, что в Швейцарии использовали 4000+ GPU, а в Суперкомпьютерном центре в
Уси — все 10 млн процессорных ядер суперкомпьютера Sunway TaihuLight, который считается самым мощным в мире. То есть все CPU были
использованы полностью, без остатка, для решения этой гравитационной задачи N тел.
 |
Суперкомпьютер
Sunway TaihuLight. Фото: Xinhua
|
Вообще, в последние
годы Китай достиг подавляющего преимущества над другими странами по
вычислительной мощности своих суперкомпьютеров, согласно рейтингу Top500.
Китайцы говорят, что создание виртуальной Вселенной — это только первый шаг, но
в будущем они собираются использовать эту вычислительную мощность для мирового господства в области Искусственного интеллекта. По крайней мере, такой план
установлен на уровне правительства.
В Китае считают ИИ
стратегически важной технологией, хотя сейчас они уступают по разработкам в
этой области американцам. Россия и другие страны СНГ практически не участвуют в
этом технологическом соревновании.
Из-за нехватки
достаточно ресурсоёмких задач и соответствующего ПО сейчас мощность китайских
суперкомпьютеров используется не полностью — их ресурсы разделяют на десятки и
сотни мелких задач. Создание ИИ позволит загрузить целый суперкомпьютер одной задачей,
как сейчас в симуляции виртуальной Вселенной.
Разработка модели
велась в течение трех лет и стала итогом создания алгоритма PKDGRAV3. Этот
программный код с высокой точностью описывает формирование масштабных структур,
включая галактические нити и войды, и темной материи. Поскольку код был
адаптирован к работе на суперкомпьютерах, симуляция заняла лишь 80 часов. По
условиям расчетов, за точку отсчета для эволюции Вселенной принимается возраст
в 49 миллионов лет. На первом этапе ее структура сохраняла однородность. Затем
за счет гравитации частиц возникали темные гало — считается, что эти компоненты
галактик играют важную роль в образовании звездных скоплений, притягивая
барионную материю.
На основании модели
авторы составили каталог из 25 миллиардов галактик (mock galaxy catalogue).
Особенностью симуляции выступает то, что масса виртуальных скоплений составляет
до 0,1 Млечного Пути, что является ключевым требованием при подготовке к миссии
«Евклид». По словам исследователей, новая модель впервые позволит не только
изучить и прогнозировать эффекты, но и измерить фундаментальные физические
величины на основе потенциальных наблюдений. Ранее симуляции помогли астрономам
открыть неизвестный тип планетарных объектов и прояснить нехватку карликовых
галактик около Млечного Пути. В феврале российские ученые оценили
разрушительность слияния галактик.
Подробности
исследования представлены в журнале Computational Astrophysics and Cosmology.