Siêu máy tính vừa tạo ra mô phỏng vũ trụ lớn nhất từ ​​trước đến nay

Tháng trước, một nhóm các nhà nghiên cứu đã đưa siêu máy tính nhanh nhất thế giới vào thời điểm đó để giải quyết một tình thế khó khăn khá lớn: bản chất của nguyên tử và vật chất tối của vũ trụ.

Siêu máy tính có tên Frontier; gần đây, một nhóm các nhà nghiên cứu gần đây đã sử dụng nó để chạy mô phỏng vật lý thiên văn lớn nhất của vũ trụ. Kích thước mô phỏng của siêu máy tính tương ứng với các cuộc khảo sát được thực hiện bởi các đài quan sát kính thiên văn lớn, điều mà cho đến thời điểm này là không thể thực hiện được. Các tính toán làm nền tảng cho các mô phỏng cung cấp nền tảng mới cho các mô phỏng vũ trụ về hàm lượng vật chất của vũ trụ, từ mọi thứ chúng ta nhìn thấy đến những thứ vô hình chỉ tương tác với vật chất thông thường bằng lực hấp dẫn.

Chính xác thì siêu máy tính Frontier đã tính toán những gì?

Frontier là một siêu máy tính loại exascale, có khả năng thực hiện một triệu tỷ phép tính mỗi giây. Nói cách khác, một cỗ máy được ép nước xứng đáng với công việc to lớn là mô phỏng vật lý và sự tiến hóa của cả vũ trụ đã biết và chưa biết.

Salman Habib cho biết: “Nếu chúng ta muốn biết vũ trụ đang hoạt động như thế nào, chúng ta cần mô phỏng cả hai thứ này: lực hấp dẫn cũng như tất cả các vật lý khác bao gồm khí nóng và sự hình thành của các ngôi sao, lỗ đen và thiên hà”. giám đốc bộ phận khoa học tính toán tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, trong một thông cáo báo chí của Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge. “Có thể nói là 'bồn rửa bát' vật lý thiên văn.”

Theo CERN, những thứ chúng ta biết – những thứ chúng ta có thể nhìn thấy, từ lỗ đen, đám mây phân tử, đến các hành tinh và mặt trăng – chỉ chiếm khoảng 5% nội dung của vũ trụ. Một phần lớn hơn của vũ trụ chỉ được suy ra bởi các hiệu ứng hấp dẫn mà nó dường như tác động lên vật chất nhìn thấy được (hoặc nguyên tử). Khối vô hình đó được gọi là vật chất tối, một thuật ngữ chung cho một số hạt và vật thể có thể chịu trách nhiệm cho khoảng 27% vũ trụ. 68% thành phần còn lại của vũ trụ là do năng lượng tối, nguyên nhân gây ra tốc độ giãn nở ngày càng tăng của vũ trụ.

Frontier thay đổi hiểu biết của chúng ta về vũ trụ như thế nào?

Habib nói: “Nếu chúng ta mô phỏng một phần lớn của vũ trụ được khảo sát bởi một trong những kính thiên văn lớn như Đài quan sát Rubin ở Chile, thì bạn đang nói về việc quan sát một khoảng thời gian khổng lồ – hàng tỷ năm giãn nở”. “Cho đến gần đây, chúng tôi thậm chí không thể tưởng tượng được việc thực hiện một mô phỏng lớn như vậy ngoại trừ phép tính gần đúng chỉ dựa vào trọng lực.”

Trong hình ảnh trên cùng, hình ảnh bên trái cho thấy sự tiến hóa của vũ trụ đang giãn nở trong hàng tỷ năm trong một khu vực chứa một cụm thiên hà và hình ảnh bên phải cho thấy sự hình thành và chuyển động của các thiên hà theo thời gian trong một phần của hình ảnh đó.

Bronson Messer, giám đốc khoa học của Cơ sở Điện toán Lãnh đạo Oak Ridge, cho biết: “Không chỉ có kích thước tuyệt đối của miền vật lý mà còn cần phải so sánh trực tiếp với các quan sát khảo sát hiện đại được kích hoạt bởi tính toán exascale”. “Đó cũng là chủ nghĩa hiện thực vật lý bổ sung bao gồm các baryon và tất cả các vật lý động khác làm cho mô phỏng này trở thành một chuyến tham quan thực sự cho Frontier.”

Frontier không còn là siêu máy tính nhanh nhất thế giới

Frontier là một trong một số siêu máy tính exascale được Bộ Năng lượng sử dụng và bao gồm hơn 9.400 CPU và hơn 37.000 GPU. Nó đặt tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge, mặc dù các mô phỏng gần đây được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu Argonne.

Kết quả Frontier có được nhờ mã của siêu máy tính, Mã vũ trụ tăng tốc phần cứng/hỗn hợp (hay HACC). Mã 15 năm tuổi đã được cập nhật như một phần của Dự án Máy tính Exascale kéo dài 8 năm trị giá 1,8 tỷ USD của DOE, kết thúc vào năm nay.

Kết quả mô phỏng được công bố vào tháng trước, khi Frontier vẫn là siêu máy tính nhanh nhất thế giới. Nhưng ngay sau đó, Frontier đã bị siêu máy tính El Capitan lu mờ để trở thành siêu máy tính nhanh nhất thế giới. El Capitan được xác minh ở mức 1,742 triệu tỷ phép tính mỗi giây, với tổng hiệu suất cao nhất là 2,79 triệu tỷ phép tính mỗi giây, theo thông cáo của Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore.