今年秋天，Mira上將運行一個超大型的宇宙模擬系統(tǒng)，這是迄今為止所進行的五個最廣泛模擬系統(tǒng)之一，它展示了美國能源部阿貢國家實驗室(DOE's)巨型計算機所處理問題的范圍。阿貢的物理學家和計算科學家卡特琳·海特曼(Katrin Heitmann)領導了這個項目。

早在2013年IBM Blue Gene/Q系統(tǒng)在美國能源部下屬的科學用戶設施ALCF上線時，海特曼是首批利用Mira能力的人之一。在當時進行的最大宇宙學模擬中，海特曼和同事進行外部環(huán)模擬使多年來的進一步科學研究成為可能。

在這項新研究中，Heitmann已經(jīng)分配了大約8億小時的核心時間來進行模擬，該模擬反映了衛(wèi)星和望遠鏡的前沿觀測進展，并將成為許多研究使用宇宙地圖的基礎。通過對大量粒子的演化，模擬目的是幫助解決暗能量和暗物質的奧秘。通過將這個模擬轉換成一個人造的宇宙，可以很好地模擬不同波長的觀測數(shù)據(jù)，這項研究可以使整個研究領域的大量科學項目成為可能。但也給我們帶來了一個巨大的挑戰(zhàn)，也就是說，為了生成跨越不同波長的模擬宇宙。

研究團隊必須提取相關信息，并在模擬中或模擬后處理進行分析。后處理需要存儲大量的數(shù)據(jù)——事實上，如此之多，以至于僅僅讀取數(shù)據(jù)就變得非常昂貴。自從Mira運行以來，海特曼和研究團隊已經(jīng)在硬件/混合加速宇宙學代碼(HACC)中實現(xiàn)了更復雜的分析工具，用于實時處理。此外，與外部環(huán)模擬相比，實現(xiàn)了三個主要改進，首先，宇宙學模型已經(jīng)更新，這樣就可以用最好的觀測輸入進行模擬。其次，由于目標是實現(xiàn)全機運行，因此體積將會增加，從而獲得更好的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

最重要的是，還建立了幾個新的分析程序，這將能使我們?yōu)閺V泛的研究生成模擬宇宙，從而研究廣泛的科學問題。該團隊模擬將解決宇宙學中的許多基本問題，對于改進現(xiàn)有的預測工具和幫助開發(fā)新模型至關重要，這將影響正在進行和即將進行的宇宙學研究，包括暗能量光譜儀(DESI)、大型天氣觀測望遠鏡(LSST)、SPHEREx和“第四階段”地面宇宙微波背景實驗(CMB-S4)。模擬價值在于其巨大的體積（這對于覆蓋大部分測量區(qū)域是必要的），以及獲得足夠的質量和力分辨率來捕捉微弱星系的小結構。

體積和分辨率對計算有很高的要求，由于不容易滿足，很少進行大規(guī)模的宇宙學模擬。造成執(zhí)行困難的原因之一是，自從Mira引入以來，超級計算機的內存占用并沒有隨著處理速度成比例地提高。這使得該系統(tǒng)，盡管它的相對年齡，相當適合大規(guī)模運動時充分利用。ALCF科學主任Katherine Riley表示：對這個規(guī)模的計算只是一瞥，看看現(xiàn)在發(fā)展中的百億億美元資源在2021/2022年會達到什么程度，研究團體將在很長一段時間內利用這項工作。

博科園｜研究/來自：阿貢國家實驗室

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