Uma simulação cosmológica extremamente grande - entre as cinco mais extensas já conduzidas - está programada para ser executada em Mira neste outono e exemplifica o escopo dos problemas tratados no supercomputador de classe de liderança no Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE).

A física e cientista computacional Argonne Katrin Heitmann lidera o projeto. Heitmann foi um dos primeiros a alavancar as capacidades de Mira quando, em 2013, o sistema IBM Blue Gene / Q ficou online no Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), um DOE Office of Science User Facility. Entre as maiores simulações cosmológicas já realizadas na época, a Simulação de borda externa que ela e seus colegas realizaram possibilitou pesquisas científicas adicionais por muitos anos.

Para o novo esforço, Heitmann alocou aproximadamente 800 milhões de horas-núcleo para realizar uma simulação que reflete os avanços observacionais de ponta de satélites e telescópios e formará a base para mapas do céu usados ​​por numerosos levantamentos. Evoluindo um grande número de partículas, a simulação foi projetada para ajudar a resolver os mistérios da energia escura e da matéria escura.

"Ao transformar esta simulação em um céu sintético que imita de perto os dados observacionais em diferentes comprimentos de onda, este trabalho pode permitir um grande número de projetos científicos em toda a comunidade de pesquisa, "Heitmann disse." Mas isso nos apresenta um grande desafio. " a fim de gerar céus sintéticos em diferentes comprimentos de onda, a equipe deve extrair informações relevantes e realizar análises em tempo real ou após o fato no pós-processamento. O pós-processamento requer o armazenamento de grandes quantidades de dados - tanto, na verdade, que a simples leitura dos dados se torna extremamente dispendiosa em termos computacionais.

Desde que Mira foi lançada, Heitmann e sua equipe implementaram em seu Hardware / Hybrid Accelerated Cosmology Code (HACC) ferramentas de análise mais sofisticadas para processamento imediato. "Além disso, em comparação com a Simulação de borda externa, realizamos três grandes melhorias, "ela disse." Primeiro, nosso modelo cosmológico foi atualizado para que possamos executar uma simulação com as melhores entradas de observação possíveis. Segundo, como pretendemos uma execução de máquina completa, o volume será aumentado, levando a melhores estatísticas. Mais importante, criamos várias novas rotinas de análise que nos permitirão gerar céus sintéticos para uma ampla gama de pesquisas, por sua vez, permitindo-nos estudar uma ampla gama de problemas científicos. "

A simulação da equipe irá abordar inúmeras questões fundamentais em cosmologia e é essencial para permitir o refinamento das ferramentas preditivas existentes e auxiliar no desenvolvimento de novos modelos, impactando pesquisas cosmológicas em andamento e futuras, incluindo o Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (DESI), o Large Synoptic Survey Telescope (LSST), SPHEREx, e o experimento de fundo de micro-ondas cósmico baseado no solo "Estágio 4" (CMB-S4). O valor da simulação deriva de seu enorme volume (que é necessário para cobrir porções substanciais das áreas de pesquisa) e de atingir níveis de massa e resolução de força suficientes para capturar as pequenas estruturas que hospedam galáxias tênues.

O volume e a resolução apresentam elevados requisitos computacionais, e porque eles não são facilmente encontrados, poucas simulações cosmológicas em grande escala são realizadas. Contribuindo para a dificuldade de sua execução está o fato de que as pegadas de memória dos supercomputadores não avançaram proporcionalmente com a velocidade de processamento nos anos desde a introdução do Mira. Isso faz com que esse sistema, apesar de sua idade relativa, bastante ideal para uma campanha em grande escala quando totalmente aproveitada.

“Um cálculo dessa escala é apenas um vislumbre do que os recursos exascale em desenvolvimento agora serão capazes em 2021/22, "disse Katherine Riley, Diretor de Ciência do ALCF. "A comunidade de pesquisa aproveitará esse trabalho por muito tempo."