Машинный код под названием Космос теперь топливные суперкомпьютерные моделирования самолетов черной дыры и начинает показывать тайны черных дыр и других космических причуд.«Космос, корень имени, прибыл из того, что кодекс был первоначально разработан, чтобы сделать космологию. Это превращено в выполнение широкого диапазона астрофизики», объяснил Крис Фрэджил, преподаватель в Отделе Физики и Астрономии Чарльстонского колледжа.
Фрэджил помог разработать кодекс Космоса в 2005, работая постдокторским исследователем в Ливерморской национальной лаборатории (LLNL), наряду со Стивеном Мюрреем (LLNL) и Питером Анниносом (LLNL).Хрупкий указал, что Космос предоставляет астрофизикам преимущество, потому что это осталось в центре общей релятивистской магнитогидродинамики (MHD).
Моделирования MHD, магнетизм электрического проведения жидкостей, таких как самолеты черной дыры, добавляют слой понимания, но общеизвестно трудные для даже самых быстрых суперкомпьютеров.«Другая область, в которой всегда имел преимущество Космос также, – то, что у него есть много пакетов физики в нем», продолжался Хрупкий. «Это было начальной мотивацией Питера Анниноса, в которой он хотел один вычислительный аппарат, где он мог вставить все, что он продолжил работать за эти годы».
Хрупкий перечислил некоторые пакеты, которые включают химию, ядерное горение, ньютонову силу тяжести, релятивистскую силу тяжести, и даже радиацию и излучающее охлаждение. «Это – довольно уникальная комбинация», Хрупкий сказал.Текущее повторение кодекса – CosmosDG, который использует прерывистые методы Геларкина. «Вы берете физическую область, которую Вы хотите моделировать», объяснил Хрупкий, «и Вы разбиваете ее в связку мало, крошечные вычислительные клетки или зоны.
Вы в основном решаете уравнения гидрогазодинамики в каждой из тех зон». CosmosDG позволил намного более высокий заказ точности чем когда-либо прежде, согласно результатам, изданным в Астрофизическом Журнале, август 2017.«Мы смогли продемонстрировать, что мы достигли многих порядков величины более точные решения в том же самом количестве вычислительных зон», указал Хрупкий. «Так, Особенно в сценариях, где Вам нужны очень точные решения, CosmosDG может быть способом получить это с меньшим количеством вычислительного расхода, чем мы должны были бы использовать с предыдущими методами».XSEDE ECSS помогает Космосу развиваться
С 2008 Texas Advanced Computing Center (TACC) обеспечил вычислительные ресурсы для разработки кодекса Космоса – приблизительно 6,5 миллионов суперкомпьютерных часов ядра на системе Рэнджера и 3,6 миллиона основных часов на системе Панического бегства. XSEDE, чрезвычайная Наука и Техническая Окружающая среда Открытия, финансируемая Национальным научным фондом, наградил группу Фрэджила с распределением.«Я не могу похвалить достаточно, насколько значащий ресурсы XSEDE», Хрупкий сказал. «Наука, которую я делаю, не была бы возможна без ресурсов как этот. Это – масштаб ресурсов, которые, конечно, никогда не могло поддерживать небольшое учреждение как мое.
То, что у нас есть эти ресурсы национального уровня, позволяет огромную сумму науки, которая просто не сделать иначе».И факт – то, что занятые ученые могут иногда использовать руку со своим кодексом. В дополнение к доступу XSEDE также предоставляет объединению экспертов через усилие Extended Collaborative Support Services (ECSS) помочь исследователям в полной мере воспользоваться некоторыми самыми мощными суперкомпьютерами в мире.Хрупкий недавно включил в список помощь XSEDE ECSS, чтобы оптимизировать кодекс CosmosDG для Stampede2, суперкомпьютер, способный к 18 petaflops и флагману TACC в Техасском университете в Остине.
Stampede2 показывает 4 200 рыцарей Лэндинга (KNL) узлы и 1 736 узлов Intel Xeon Skylake.Использование в своих интересах рыцарей, приземляющихся и Stampede2manycore архитектура KNL представляет собой новые проблемы для исследователей, пытающихся добираться, лучшие вычисляют работу, по словам Дэймона Макдугалла, научного сотрудника в TACC и также в Институте Вычислительной Разработки и Наук, UT Austin. У каждого узла Stampede2 KNL есть 68 ядер с четырьмя нитями аппаратных средств за ядро. Это – большое передвижение фигур, чтобы скоординировать.
«Это – компьютерная микросхема, у которой есть много ядер по сравнению с частью другого жареного картофеля, с которым, возможно, взаимодействовал на других системах», объяснил Макдугалл. «Больше внимания должно быть обращено на дизайн программного обеспечения, чтобы бежать эффективно на тех типах жареного картофеля».Через ECSS Макдугалл помог Хрупкий, оптимизируют CosmosDG для Stampede2. «Мы продвигаем определенный тип параллелизма, названного гибридным параллелизмом, где Вы могли бы смешать протоколы Message Passing Interface (MPI), который является способом пройти, сообщения между вычисляют узлы, и OpenMP, который является способом общаться на сингле, вычисляет узел», сказал Макдугалл. «Смешивание тех двух параллельных парадигм является чем-то, что мы поощряем для этих типов архитектуры.
Это – тип совета, который мы можем помочь дать и помочь ученым осуществить на Stampede2 хотя программа ECSS».«Уменьшая, сколько коммуникации Вы должны сделать», Хрупкий сказал, «это – одна из идей того, куда прибыль собирается поступить из на Stampede2. Но это действительно означает немного работы для устаревших кодексов как наши, которые не были построены, чтобы использовать OpenMP.
Мы должны модифицировать наш кодекс, чтобы включать некоторые требования OpenMP. Это – одна из вещей, Дэймон помогал нам попытаться сделать этот переход максимально гладко».
Макдугалл описал работу ECSS до сих пор с CosmosDG как «очень возникающую и продолжающуюся», с большой начальной работой, выслеживающей распределение памяти ‘горячие точки’, где кодекс замедляется.«Одна из вещей, с которыми Дэймон Макдугалл действительно был услужлив, помогает нам сделать кодексы более эффективными, и помогающий нам используют ресурсы XSEDE более эффективно так, чтобы мы могли сделать еще больше науки с уровнем ресурсов, которые нам предоставляют», Хрупкий добавил.
Колебание черной дырыЧасть Хрупкой науки и коллеги уже сделала с помощью кодекса Космоса, помог изучить прирост, падение молекулярных газов, и сделать интервалы между обломками в черную дыру.
Прирост черной дыры приводит свои самолеты в действие. «Одна из вещей, я предполагаю, что являюсь самым известным, изучает диски прироста, где диск наклонен», объяснил Хрупкий.Вращение черных дыр.
И также – диск газов и обломков, которые окружают его и обрушиваются. Однако они вращаются на различных осях вращения. «Мы были первыми людьми, которые изучат случаи, где ось вращения диска не выровнена с осью вращения черной дыры», Хрупкий сказал.
Общая теория относительности показывает, что вращение тел может проявить крутящий момент на других органах по вращению, которые не выровнены с ним.Моделирования Фрэджила показали колебания черной дыры, движение, названное прецессией, от крутящего момента вращающегося диска прироста. «Действительно интересная вещь состоит в том, что за прошлые пять лет или так, наблюдатели – люди, которые на самом деле используют телескопы, чтобы изучить системы черной дыры – видели доказательства, что диски могли бы на самом деле делать эту прецессию, которую мы сначала показали в наших моделированиях», Хрупкий сказал.
Хрупкий и коллеги используют кодекс Космоса, чтобы изучить другие космические причуды, такие как приливные события разрушения, которые происходят, когда молекулярное облако или звезда проходят достаточно близко, что черная дыра кромсает его. Другие примеры включают Объект Минковского, где моделирования Космоса поддерживают наблюдения, что самолет черной дыры сталкивается с молекулярным облаком, чтобы вызвать звездное формирование.Золотой Век астрономии и вычисления«Мы живем в Золотой Век астрономии», Хрупкий сказал, относясь к богатству знания, произведенного от космических телескопов как Хаббл к предстоящему Космическому телескопу Джеймса Уэбба, к наземным телескопам, таким как Keck, и больше.
Вычисление помогло поддержать успех астрономии, Хрупкий сказал. «Что мы делаем в современной астрономии, не мог быть сделан без компьютеров», он завершил. «Моделирования, которые я делаю, двойные. Они должны помочь нам лучше понять сложную физику позади астрофизических явлений.
Но они должны также помочь нам интерпретировать и предсказать наблюдения, которые или быть, могут быть или будут сделаны в астрономии».