Pela primeira vez, um computador de alto desempenho tornará possível simular ondas gravitacionais, campos magnéticos e física de neutrinos de estrelas de nêutrons simultaneamente.

A divisão de Astrofísica Relativística Computacional do Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein / AEI) em Potsdam colocou recentemente em operação um 11, Cluster de computador de 600 núcleos de CPU. O novo cluster de alto desempenho chamado Sakura está localizado no Max Planck Computing and Data Facility (MPCDF) em Garching e será usado para simulações numérico-relativísticas de poderosos eventos astrofísicos. Quando as estrelas de nêutrons nascem em supernovas de colapso do núcleo ou se fundem eons depois, grandes quantidades de ondas eletromagnéticas, neutrinos, e ondas gravitacionais são emitidas. Os processos astrofísicos subjacentes não são bem compreendidos e requerem soluções altamente complexas, não linear, equações diferenciais parciais. Com Sakura, os cientistas realizarão simulações fisicamente precisas e de alta resolução para melhorar significativamente nossa compreensão do processo de fusão de estrelas de nêutrons binárias e a formação de buracos negros.

A divisão de Astrofísica Relativística Computacional do AEI concentra-se em simulações numérico-relativísticas de eventos astrofísicos que geram ondas gravitacionais e radiação eletromagnética, resolvendo as equações de Einstein e as equações da relatividade geral em computadores de alto desempenho. Essas simulações desempenham um papel crucial na previsão de formas de onda gravitacionais precisas para a pesquisa nos dados do detector e para explorar fenômenos brilhantes de alta energia, como rajadas de raios gama e quilonovas. Usando computadores mais poderosos, os cientistas podem levar em conta a física mais complicada necessária para compreender os fenômenos astrofísicos. Um dos objetivos ambiciosos dos cientistas é realizar uma simulação fisicamente precisa e de alta resolução para entender como as estrelas binárias de nêutrons se fundem.

"Clusters de computadores de alto desempenho são nossos laboratórios virtuais, "diz Masaru Shibata, diretor da divisão de Astrofísica Relativística Computacional. "Não podemos criar estrelas de nêutrons em um laboratório, deixe-os se fundir e monitorar o que acontece. Mas podemos prever o que ocorrerá durante a coalescência de duas estrelas de nêutrons levando em consideração todos os processos importantes e resolvendo com precisão as equações correspondentes que descrevem seu comportamento. Esses cálculos requerem uma quantidade enorme de poder de computação e geralmente duram vários meses, mesmo em computadores muito grandes. Com Sakura agora temos 11, 600 núcleos de CPU com 0, 9 petaFLOP / s para essas simulações numéricas à nossa disposição. "

Em cálculos anteriores, os cientistas não foram capazes de levar em consideração os efeitos dos campos magnéticos e da física dos neutrinos em uma simulação. Masaru Shibata explica:"Além do fato de que o código ainda está em desenvolvimento, os recursos computacionais desempenham um papel crucial. Com o novo computador grande, pensamos ser possível realizar uma simulação levando em consideração os campos magnéticos e a física dos neutrinos juntos e obter uma visão completa da física da fusão de estrelas de nêutrons. "

Além do novo cluster de computador de alto desempenho Sakura ("flor de cerejeira" em japonês) em Garching, a divisão executa dois servidores de computação menores no AEI em Potsdam:"Yamazaki" (a palavra japonesa para "montanhas") e "Tani" (que significa "vale" em japonês). "Executamos pequenos trabalhos em pequenos computadores, "explica Masaru Shibata." Usamos nosso poder de computador interno para desenvolver os códigos de computação e para rodar os testes. "A infraestrutura local também é necessária para a análise de dados das simulações realizadas no centro de computação Garching.

Especificações técnicas

Sakura em Garching faz parte da infraestrutura do MPCDF Computing Center e está integrada a uma rede rápida Omnipath-100 e conexões Ethernet de 10 Gb. Ele consiste em nós principais com processadores Intel Xeon Silver 10 core e 192 GB a 384 GB de memória principal, bem como nós de computação com CPUs Intel Xeon Gold 6148.

Os servidores de computação Yamazaki em Potsdam são 13 nós autônomos com processadores Intel Xeon Gold QuadCore (18 núcleos por processador, 4 processadores por servidor) e memória principal de 192 a 256 GB.

Para armazenar, trabalhando e analisando partes menores dos enormes resultados de simulação do cluster Garching (60 Terabytes a cada 3 meses), um armazenamento de 500 TB chamado Tani (2 JBODS com 60 discos, cada 10 TB em uma redundância Raid-1) é usado no AEI em Potsdam.