西蒙基金会
一张跨越100亿光年的快照，是一次宇宙模拟
功劳:阿巴库索米特团队 最新发布的一组宇宙模拟总共记录了近60万亿个粒子，是迄今为止最大的一组
创造者预测，这个被称为AbacusSummit的模拟套件将有助于从即将到来的宇宙调查中提取宇宙的秘密
他们在10月25日出版的《皇家天文学会月报》上发表了几篇论文
AbacusSummit是由纽约市弗拉铁研究所计算天体物理中心和哈佛&史密森天体物理中心的研究人员制作的
它由160多个模拟组成，模拟了引力如何导致箱形宇宙中的粒子四处移动
这种被称为N体模拟的模型捕捉到了暗物质的行为，暗物质构成了宇宙的大部分物质，并且只通过引力相互作用
其中一篇新论文的主要作者、CCA研究员雷曼·加里森(Lehman Garrison)表示:“这个套件如此之大，可能比所有其他已运行的N体模拟加起来还要多——尽管这很难确定。”
AbacusSummit套件包括数百个模拟，模拟重力如何塑造了整个宇宙中暗物质的分布
这里，一个模拟的快照以不同的缩放比例显示:100亿光年，1
20亿光年宽，1亿光年宽
这个模拟复制了我们宇宙的大规模结构，比如宇宙网和巨大的星系团
荣誉:阿巴库索米特团队；露西·雷丁-伊克坎达/西蒙斯基金会的布局和设计 加里森与研究生尼娜·马克西莫娃和天文学教授丹尼尔·艾森斯坦一起领导了阿巴库索米特模拟的开发，他们都是天体物理学中心的成员
模拟在美国运行
S
田纳西州橡树岭领导计算设施的能源部超级计算机峰会
AbacusSummit将很快派上用场，因为几项调查将在未来几年制作出前所未有的详细宇宙地图
这些包括暗能量光谱仪器，南希·格雷斯·罗曼太空望远镜和欧几里德宇宙飞船
这些大预算任务的目标之一是改善宇宙和天体物理参数的估计，这些参数决定了宇宙的行为和外观
科学家们将通过比较新的观测结果和对宇宙的计算机模拟来做出这些改进的估计，其中不同的参数具有不同的值——例如将宇宙拉开的暗能量的性质
加里森说，随着下一代调查提供的改进，需要更好的模拟
“星系调查正在提供极其详细的宇宙地图，我们需要类似的雄心勃勃的模拟，覆盖我们可能生活的广泛的可能宇宙，”他说
“AbacusSummit是第一套这样的模拟，其广度和保真度可与这些惊人的观测结果相比
" Abacus利用并行计算机处理大大加快了对粒子因引力而运动的计算速度
顺序处理方法(上图)逐个计算每对粒子之间的引力
相反，并行处理(底部)将工作分配给多个计算内核，从而能够同时计算多个粒子相互作用
学分:露西·雷丁-伊克坎达/西蒙斯基金会 这个项目令人望而生畏
自艾萨克·牛顿时代以来，n体计算一直是物理学领域最重要的挑战之一。n体计算试图计算物体(如行星)在引力作用下的运动
它们很棘手，因为每个对象都与其他对象交互，无论它们相距多远
这意味着随着您添加更多的对象，交互的数量会迅速增加
对于三个或更多的大质量物体，N体问题没有通用的解决方案
可用的计算只是近似值
一种常见的方法是冻结时间，计算作用在每个物体上的总力，然后根据物体受到的净力轻推每个物体
然后时间稍微向前移动，过程重复
使用这种方法，由于聪明的代码、新的数值方法和强大的计算能力，AbacusSummit处理了大量的粒子
该小组运行计算时，峰会超级计算机是世界上最快的
该团队设计了他们的代码库——叫做Abacus——以充分利用Summit的并行处理能力，从而可以同时运行多个计算
Summit拥有大量擅长并行处理的图形处理单元
测量1的快照
其中一个宇宙模拟横跨20亿光年
功劳:阿巴库索米特团队 使用并行处理运行N体计算需要仔细的算法设计，因为整个模拟需要大量的内存来存储
这意味着Abacus不能只为超级计算机的不同节点制作模拟副本
所以代码将每个模拟分成一个网格
初始计算提供了模拟中任意给定点的远处粒子效果的近似
(远粒子的作用比近粒子小得多
)然后，Abacus将附近的细胞分组并分开，这样计算机就可以独立处理每一组细胞，将远处粒子的近似计算与附近粒子的精确计算结合起来
对于大型模拟，研究人员发现Abacus的方法提供了对其他N体代码库的显著改进，这些代码库根据粒子的分布不规则地划分模拟
研究人员报告说，AbacusSummit使用的均匀划分更好地利用了并行处理
此外，Abacus网格方法的规律性允许在模拟开始之前计算大量的远粒子近似
得益于其设计，Abacus可以在Summit超级计算机的每个节点上每秒更新7000万个粒子(每个粒子代表一团质量为太阳30亿倍的暗物质)
该代码甚至可以分析正在运行的模拟，寻找指示明亮恒星形成星系的暗物质碎片，这是即将进行的调查的重点
加里森说:“我们的愿景是创建这种代码，以提供这种特殊的新星系调查品牌所需的模拟。”
“我们编写代码是为了比以往任何时候都更快、更准确地进行模拟
" 一张跨越1亿光年的快照，是一次宇宙模拟
功劳:阿巴库索米特团队 艾森斯坦是暗能量光谱仪器合作组织的成员，该组织最近开始了对宇宙前所未有的一小部分进行测绘的调查，他说他渴望在未来使用算盘
他说:“宇宙学之所以突飞猛进，是因为壮观的观测和最先进的计算的多学科融合。”
“未来十年将是我们研究宇宙历史的一个了不起的时代
" Abacus和AbacusSummit的其他联合创作者包括斯坦福大学的汉斯·袁、亚利桑那大学的菲利普·平托、英国达勒姆大学的索瓦纳克·博斯以及天体物理学中心的研究人员博里亚娜·哈齐伊斯卡、托马斯·萨特思韦特和道格拉斯·费雷尔
模拟运行在峰会超级计算机上，由高级科学计算研究领导计算挑战分配
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
