世界第二快的超级计算机运行有史以来最大规模的宇宙模拟

天文学家将使用这些模拟来测试宇宙学的标准模型。

世界上第二快的超级计算机——在其竞争对手本月早些时候上线之前，它曾经是最快的——已经创建了迄今为止最复杂的宇宙计算机模拟。该模拟的目的是测试研究人员所描述的“宇宙流体动力学”。

这台超级计算机被称为“Frontier”，位于橡树岭国家实验室，是一种野兽般的设备。它是第一台百亿亿次超级计算机，可执行高达 1.1 exaFLOPS，相当于每秒 1.1 千万亿（10^18，或 1,100,000,000,000,000,000）次浮点运算。它由 9,472 个 AMD 中央处理器 (CPU) 和 37,888 个 AMD 图形处理单元 (GPU) 组成。 （CPU 和 GPU 的数量令人震惊）。据 AMD 网站称，Frontier 是世界上最快的超级计算机，直到 2024 年 11 月，位于劳伦斯利弗莫尔国家实验室的另一台名为 El Capitan 的超级计算机以 1.742 exaFLOPS 超越了它。

来自美国能源部伊利诺伊州阿贡国家实验室的一个团队，由阿贡计算科学部主任 Salman Habib 领导，在 Frontier 上使用了其硬件/混合加速宇宙学代码 (HACC)。 HACC 于大约 15 年前首次开发，它对宇宙的演化进行建模，其代码的编写使其可以适应任何给定时间最快的超级计算机。

HACC 最初部署在千万亿次 FLOPS 级超级计算机上，其功能不如 Frontier 和 El Capitan。例如，阿贡国家实验室团队的一个项目是使用 HACC 在 Summit 超级计算机上模拟三种不同的宇宙学，这是一台 2018 年 11 月至 2020 年 6 月期间世界上速度最快的千万亿级计算机。这三个模拟以来自暗能量和冷暗物质）；瓦肯模拟包含大量中微子，而费伦吉纳尔模拟（以费伦吉母星命名）探索了一个暗能量不是恒定的、而是随时间变化的宇宙。峰会模拟的结果表明，当暗能量发生变化时，它会导致早期宇宙中的星系团更强——天文学家可以在高红移星系巡天中寻找这一点，意思是对极其遥远的宇宙进行的星系调查。

在许多方面，由此产生的模拟与大型深层天文调查一样庞大和详细，例如斯隆数字巡天，或即将由Vera C. Rubin进行的调查天文台。

然而，峰会模拟是“仅重力”模拟，也就是说它们的强度不足以包含其他力或效应。

哈比卜在一份报告中说：“如果我们要模拟由智利鲁宾天文台等大型望远镜观测到的宇宙的一大块，那么你所谈论的是观察大块的时间——数十亿年的膨胀。” 声明。 “直到最近，我们甚至无法想象进行如此大规模的模拟，除非是在仅重力近似的情况下。”

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需要更强大的模拟来包括除重力之外的其他力和效应，这就是 Frontier 的用武之地，该项目得到了能源部价值 18 亿美元的 ExaSky 项目的支持，该项目旨在资助百亿亿次计算。

在宇宙学的标准模型中，两个组成部分占主导地位：暗物质和暗能量。你和我的构成材料——所谓的重子物质——只占宇宙物质和能量的不到 5%。

“所以，如果我们想知道宇宙在做什么，我们需要模拟这两种东西[暗物质和暗能量]……重力以及所有其他物理，包括热气体，以及的形成恒星、黑洞和星系，”哈比卜说。他称之为“天体物理厨房水槽，可以这么说。这些……就是我们所说的宇宙流体动力学模拟。”

为了准备 HACC 在 Frontier 上运行，ExaSky 项目的要求是 HACC 在 Frontier 上的运行速度必须比在 Titan 上快至少 50 倍，Titan 是 2012 年 HACC 最初开发时世界上最快的超级计算机。在 Frontier 的试运行期间，HACC 完全满足了这一要求，事实证明速度快了近 300 倍。

布朗森·梅塞尔 (Bronson Messer) 是橡树岭领导计算设施的科学总监，他认为 HACC 添加了“包括重子和所有其他动态物理在内的物理真实性，使该模拟成为 Frontier 的真正杰作”。

这些模拟将向天文学界开放，使研究人员能够探索他们的宇宙学模型，提出有关暗物质本质、暗能量强度的问题，或寻求替代的引力模型，例如修正牛顿动力学（MOND）。然后可以将模拟结果与真实的天文调查发现的结果进行比较，以确定哪个模型最适合观测结果。

这一切都提出了一个令人着迷的哲学问题：如果计算能力继续增加，我们对宇宙的模拟将同时变得更加详细和准确，但它的终点在哪里？

一些科学思想家认为，我们自己可能生活在模拟中，也许是其他人试图模拟现实的产物。如果我们在模拟中创建模拟，那么也许它真的是海龟。

世界上第二快的超级计算机——在其竞争对手本月早些时候上线之前，它曾经是最快的——已经创建了迄今为止最复杂的宇宙计算机模拟。该模拟的目的是测试研究人员所描述的“宇宙流体动力学”。

这台超级计算机被称为“Frontier”，位于橡树岭国家实验室，是一个野兽般的设备。它是第一台百亿亿次超级计算机，可执行高达 1.1 exaFLOPS，相当于每秒 1.1 千万亿（10^18，或 1,100,000,000,000,000,000）次浮点运算。它由 9,472 个 AMD 中央处理器 (CPU) 和 37,888 个 AMD 图形处理单元 (GPU) 组成。 （CPU 和 GPU 的数量数量惊人）。据 AMD 网站称，Frontier 是世界上最快的超级计算机，直到 2024 年 11 月，位于劳伦斯利弗莫尔国家实验室的另一台名为 El Capitan 的超级计算机以 1.742 exaFLOPS 超越了它。

来自美国能源部伊利诺伊州阿贡国家实验室的一个团队，由阿贡计算科学部主任 Salman Habib 领导，在 Frontier 上使用了其硬件/混合加速宇宙学代码 (HACC)。 HACC 于大约 15 年前首次开发，它模拟了宇宙的演化，其代码的编写使其可以适应任何给定时间最快的超级计算机。

最初发布于Space.com。