极光Exascale系统推进宇宙学研究:建立宇宙在一台超级计算机

宇宙的研究宇宙学的激增但仍有惊喜在存储和被发现。有惊人的新观测天空的调查,和地面实验粒子物理,宇宙学的现在有一个全面的描述模型。从这个研究,宇宙学家知道小波动从早期发展的宇宙结构的种子在宇宙像今天,暗物质的存在,宇宙不仅是膨胀,而且扩张的速度增加。

这是一个领域的研究被科学家们有针对性的准备即将到来的Intel-HPE exascale计算机,极光,住在美国能源部(DOE)阿贡国家实验室。阿贡领导支持的计算设备(ALCF)极光早期科学项目,一个宇宙学萨尔曼·哈比卜博士领导的研究小组主任阿贡的计算科学(CPS)部门和阿贡杰出学者,造成革命在宇宙学的研究。与Exascale计算机的支持项目(ECP) ExaSky团队开发的硬件/混合加速宇宙学代码(使用)框架设计运行宇宙学超级计算机模拟。他们现在发展的极光的代码和其他即将到来的exascale系统。

“这是令人兴奋的,研究人员可以提出问题,找到答案关于宇宙运行的超级计算机模拟。能力做宇宙物理学与超级计算机的发展扩大了在研究中使用。使用电脑在1980年代,科学家们几乎不能进行计算机模拟的宇宙结构的形成。超级计算机领域的改善了数百万的因素计算科学。现在我们可以做一些我们不能想象几十年前启用一种全新的方式进行研究。此外,使用阿贡等亿亿级极光的超级计算机将允许科学家执行完整的模拟宇宙被下一代调查,而不只是一小部分可观测宇宙,”哈比卜。

直接使用宇宙学模拟使研究人员跟踪详细结构的演变。信贷:约瑟夫·a .用、组织者西尔维奥Rizzi和使用团队,阿贡国家实验室。

黑暗的天空研究

使用团队的研究将连接一些世界上最大的和最详细的extreme scale宇宙模拟大规模数据从遗产调查获得的时间和空间(口径)鲁宾天文台进行,目前在建的智利。这种天文调查将提供一些可见的迄今最全面的观察天空。模拟补充观测通过使独特的宇宙探测器使用基于底层物理计算。通过实施先进的数据密集型和机器学习(ML)技术,这种组合方法将迎来一个新的宇宙推断针对科学突破的时代。

团队的“黑暗的天空”研究标签指的是事实,宇宙是由暗物质和暗能量(宇宙加速的原因)。暗物质是独特的因为它不释放或吸收光线,但可以间接地观察到它的引力影响。暗能量是一种神秘的元素,施加的压力,表现得像相反的重力,从而导致宇宙膨胀速度的增加,根据需要同意观察。团队的物理仿真模型包括暗物质和暗能量的计算以及熟悉原子或可见物质,因为黑暗与可见物质通过重力组件交互。“我们正试图建立一个宇宙中的电脑,代表的是一个观察可以告诉我们。使用软件模型与所需的物理功能和构造可以运行在一个exascale计算机像极光。他们描述的行为正常物质在宇宙的背景下,天然气物理,热气体,恒星、星系、天体物理爆炸、和包括方面像注射黑洞”,表明哈比卜。

宇宙学模拟宇宙的使用直接使用的代码

模拟目前正在进行各种各样的超级计算机能够运行使用代码包括峰会等超级计算机在不同国家实验室在橡树岭国家实验室,科里在劳伦斯伯克利国家实验室,在阿贡国家实验室和θ。但是功能以exascale机会,比如提出的极光激发哈比卜的更完整的模拟运行。

使用代码是宇宙学体代码框架,它是由哈比卜的团队;它包括重力治疗、气体动力学,包括天体物理学机制作为次网格模型。代码起源于2008年在洛斯阿拉莫斯国家实验室,由第一个exascale系统上运行的前景。2011年搬到阿贡国家实验室后,继续工作最终成为使用的代码。使用目前的发展由美国能源部科学办公室作为ExaSky应用程序开发工作的一部分在美国能源部的Exascale计算项目(ECP)。使用代码写完全由团队和地方最少依赖外部库或软件。

使用代码是独特的因为它是设计运行在每一个可能在高性能计算机体系结构的水平。“使用超级计算机模拟运行的结果与直接使用允许研究人员观察数十亿宇宙中的对象,如星系和它们是如何分布的。模拟的目的是这种大规模的结构模型,对星系分布做出准确的预测,以及质量和热气体的潜在分布在宇宙中。宇宙统计我们的团队能做出预测与高水平的精确百分比精确度上,”哈比卜。CosmoTools框架是一个工具库内部使用,用于使提取相关信息的同时仿真运行;它也可以用于后处理模式。当团队运行复杂的模拟,他们使数据可用于其他研究人员通过ALCF海燕服务允许研究人员在大范围内共享数据。

“模拟必须高分辨率和一起工作的物理要求。我们的团队必须编写代码来捕获所有所需的物理。模拟可以用来微调物理模型的细节,以确定最优参数的选择而巡天模拟运行。在运行模拟运动时,可以调整内部参数,确定相关的错误,然后找出想出解决方案来减轻任何模拟的问题,”表明哈比卜。

使用研究团队有密切的关系与员工在优化ALCF如何使用ALCF超级计算机的硬件上运行。这种工作通常用于基准测试的性能超级计算机正在安装,并识别和帮助解决任何问题需要固定在系统终于接受了。

测试使用软件运行在未来亿亿级

直接使用是专门编写运行在加速系统和设计两个cpu和gpu上运行。的物理部分代码由许多使用不同的交互内核粒子相互作用,根据物理建模。这些内核运行最好使用gpu和大量优化。在一般情况下,代码可以运行在大于50%的峰值性能。使用代码可以运行多个编程模型。例如,它已经写入运行使用OpenCL,准备极光时是非常有用的。团队是移植内核上运行英特尔oneAPI DCP + +编译器和库,允许异构计算跨各种硬件的选择。他们还将利用英特尔的分布式异步对象存储(DAOS)是一个开源软件定义扩展对象存储提供高带宽、低延迟、高I / O操作。团队使用了联合实验室系统评价(JLSE)阿尔贡所以新硬件的资源从英特尔与直接使用测试。此外,团队密切合作与英特尔在硬件和软件更新。

挑战未来物理宇宙学的研究

编写代码的工作超级计算机是复杂的。哈比卜说,“是特别具有挑战性的发展为一个exascale系统,直接使用代码还不存在和不断发展。我们最大的挑战是如何演变直接使用软件来跟上硬件进化。”

“的一件事情,我们已经看到在宇宙学研究领域是人工智能(AI)和机器学习(ML)技术部署,这只会增加随着数据规模的增长,”哈比卜继续说。“我认为这将是一个融合传统的高性能计算和人工智能/毫升定义下一代的有趣的工作。AI /毫升方法将在处理重要科学问题涉及异常大量的数据。”

“极光是被定位为第一台超级计算机可以做高性能建模与仿真、数据分析、以及人工智能/毫升在同一台机器上。我们的团队期待运用这样的超级计算机,我认为这是一个迹象,”他总结说。

ALCF是美国能源部科学办公室用户设备。研究ExaSky Exascale计算机支持的项目,合作项目的美国能源部科学办公室和国家核安全管理局,负责交付一个Exascale能力的生态系统,包括软件、应用程序和硬件技术,支持国家的Exascale计算机命令。

本文是作为英特尔的编辑程序的一部分,强调目标的尖端科学,研究和创新驱动的高性能计算和人工智能社区通过先进的技术。bet188真人出版商的内容拥有最终的编辑权限,并确定哪些文章发表。