A fost realizată cea mai mare și mai complexă simulare a universului de până acum

O performanță fără precedent în domeniul cosmologiei a fost atinsă recent, după ce Frontier – al doilea cel mai rapid supercomputer din lume – a reușit să creeze o simulare a universului la o scară nemaiîntâlnită până acum. Situat în Laboratorul Național Oak Ridge (ORNL) din Statele Unite, Frontier a folosit platforma software Hardware/Hybrid Accelerated Cosmology Code (HACC) pentru a integra în model forțe și factori care merg dincolo de gravitație, precum materia întunecată și mișcările gazelor și plasmei. Această realizare marchează un salt uriaș în înțelegerea originii și evoluției universului, depășind cu mult capacitățile simulărilor anterioare, scrie IFlScience.

Potrivit proiectului ExaSky, care face parte din Exascale Computing Project al Departamentului Energiei din SUA, obiectivul a fost acela de a crește de până la 50 de ori viteza aplicațiilor științifice față de standardele precedente. Surprinzător, Frontier și HACC au depășit semnificativ aceste așteptări, rulând simulările aproape de 300 de ori mai rapid față de performanțele atinse în trecut – ca de exemplu, cele ale lunii Titan a lui Saturn. Începând cu prima simulare, echipa DoE/HACC a petrecut șapte ani optimizând programele pentru supercomputere exascale precum Frontier, ceea ce a deschis calea unor noi tipuri de modele cosmologice, inclusiv cele hidrodinamice, care țin cont de expansiunea universului și de rolul materiei întunecate.

Puterea calculului exascale

Modelul recent, efectuat în noiembrie 2024, a valorificat aproximativ 9.000 de noduri de calcul ale supercomputerului, fiecare fiind echipat cu plăci grafice AMD Instinct MI250X. Frontier, capabil să atingă 1,4 exaFLOPS, se situează doar după El Capitan (1,7 exaFLOPS) în clasamentul celor mai rapide supercomputere la nivel mondial. Un exaFLOPS echivalează cu un trilion de operații în virgulă mobilă pe secundă, un standard de performanță crucial în special pentru aplicațiile științifice complexe.

Cu această forță de calcul, Frontier a depășit limitările modelelor bazate exclusiv pe gravitație și a introdus în ecuație componente mult mai complexe, precum dinamica gazelor și a plasmei. Acest lucru este extrem de valoros pentru cosmologi, deoarece oferă o privire mai bogată asupra modului în care structurile mari din univers – galaxiile, roiurile de galaxii și așa mai departe – s-au format și au evoluat în timp.

Aplicații revoluționare dincolo de cosmologie

Deși realizarea simulării la scară largă a universului a adus Frontier în lumina reflectoarelor, acesta nu este singurul domeniu în care supercomputerul își arată utilitatea. În aprilie 2023, cercetătorii au folosit Frontier pentru a crea un model climatic de tipul SCREAM (Simple Cloud-Resolving E3SM Atmosphere Model), care a reprodus evoluția climei globale pe parcursul unui an, cu o rezoluție de doar 3 kilometri. Acest nivel de detaliu a transformat SCREAM într-un instrument esențial în studiul interacțiunilor dintre atmosferă, oceane și uscat, îmbunătățind predicțiile meteo și oferind date mai precise despre schimbările climatice.

Mai mult, Frontier se dovedește de neînlocuit și în chimie, materiale avansate și chiar energie nucleară. Capacitățile de calcul exascale le permit oamenilor de știință să modeleze reacții chimice la nivel molecular, să anticipeze comportamentul diverselor substanțe și să proiecteze noi compoziții cu rezistență sporită, greutate redusă și proprietăți anticorozive. În același timp, noul val de inteligență artificială primește un imbold semnificativ prin intermediul supercomputerelor de acest calibru, care pot antrena rapid algoritmi și rețele neuronale de mare complexitate.

Prin urmare, Frontier își asumă un rol dublu: pe de o parte împinge frontierele cosmologiei prin simularea proceselor ce guvernează materia la scară cosmică, iar pe de altă parte impulsionează cercetarea în domenii practice precum clima, proiectarea materialelor și AI. Odată cu acest salt tehnologic, oamenii de știință speră să obțină un tablou mai clar al fenomenelor care stau la baza universului, dar și soluții concrete pentru provocările pe care societatea modernă le înfruntă, de la schimbările climatice la descoperirea de noi resurse energetice.