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Investigadores del Argonne National Laboratory han utilizado Frontier, la supercomputadora más rápida del mundo, para ejecutar la mayor simulación astrofísica del universo jamás realizada.
Los cálculos establecen un nuevo punto de referencia para las simulaciones de hidrodinámica cosmológica y proporcionan una nueva base para simular la física de la materia atómica y la materia oscura simultáneamente. El tamaño de la simulación corresponde a los estudios realizados por observatorios con grandes telescopios, una hazaña que hasta ahora no había sido posible a esta escala, según un comunicado del Oak Ridge National Laboratory, donde su ubica Frontier.
“Hay dos componentes en el universo: la materia oscura, que hasta donde sabemos, solo interactúa gravitacionalmente, y la materia convencional, o materia atómica”, dijo el líder del proyecto Salman Habib, director de la división de Ciencias Computacionales en Argonne.
“Por lo tanto, si queremos saber qué está haciendo el universo, necesitamos simular ambas cosas: la gravedad y el resto de la física, incluidos los gases calientes y la formación de estrellas, agujeros negros y galaxias“, dijo. ”El ‘fregadero de cocina’ astrofísico, por así decirlo. Estas simulaciones son lo que llamamos simulaciones de hidrodinámica cosmológica".
No es sorprendente que las simulaciones de hidrodinámica cosmológica sean significativamente más costosas computacionalmente y mucho más difíciles de llevar a cabo en comparación con las simulaciones de un universo en expansión que solo involucran los efectos de la gravedad, según Oak Ridge.
“Por ejemplo, si tuviéramos que simular una gran parte del universo examinada por uno de los grandes telescopios, como el Observatorio Rubin en Chile, estaríamos hablando de observar enormes porciones de tiempo: miles de millones de años de expansión”, dijo Habib. “Hasta hace poco, ni siquiera podíamos imaginar hacer una simulación tan grande como esa, excepto en la aproximación de solo gravedad”.
COMPUTACIÓN A EXAESCALA
El código de supercomputadora utilizado en la simulación se llama HACC, abreviatura de Código de Cosmología Acelerada por Hardware/Híbrido. Fue desarrollado hace unos 15 años para máquinas de petaescala. Posteriormente, HACC se actualizó significativamente como parte de ExaSky, un proyecto especial dirigido por Habib dentro del Proyecto de Computación a Exaescala, o ECP. El proyecto reunió a miles de expertos para desarrollar aplicaciones científicas avanzadas y herramientas de software para la próxima ola de supercomputadoras de clase exaescala capaces de realizar más de un quintillón, o mil millones de billones, de cálculos por segundo.
Como parte de ExaSky, el equipo de investigación de HACC pasó los últimos siete años agregando nuevas capacidades al código y optimizándolo nuevamente para que funcione en máquinas de exaescala impulsadas por aceleradores de GPU. Un requisito del ECP era que los códigos se ejecutaran aproximadamente 50 veces más rápido de lo que podían hacerlo antes en Titán, la supercomputadora más rápida en el momento del lanzamiento del ECP. Al ejecutarse en la supercomputadora Frontier de clase exaescala, HACC fue casi 300 veces más rápido que la ejecución de referencia.
Las nuevas simulaciones lograron su rendimiento récord utilizando aproximadamente 9.000 nodos de cómputo de Frontier, impulsados por GPU AMD Instinct MI250X. Frontier está ubicada en Oak Ridge Leadership Computing Facility, u OLCF, de ORNL.
“No es solo el gran tamaño del dominio físico, lo que es necesario para hacer una comparación directa con las observaciones de encuestas modernas habilitadas por la computación a exaescala”, dijo Bronson Messer, director de ciencia de OLCF. “También es el realismo físico adicional de incluir los bariones y toda la otra física dinámica lo que hace que esta simulación sea una verdadera proeza para Frontier”.