橡树岭国家实验室的科学家使用世界上最快的超级计算机Frontier创建了有史以来最大的宇宙天体物理模拟，名为ExaSky。该模拟覆盖了超过310亿立方兆帕的体积，使研究人员能够以前所未有的细节模拟宇宙的膨胀和演化。阿贡国家实验室的项目负责人Salman Habib解释说：“宇宙中有两种元素：暗物质和普通物质或原子物质，暗物质只通过引力相互作用。”。
通过结合这两个元素，该模拟为研究和模拟普通物质和暗物质提供了新的基础。凭借Frontier的巨大计算能力和更新的算法，他们能够在膨胀的宇宙模型中包含更多的物体并实现高度的物理真实感。哈比卜说：“直到最近，我们甚至无法想象进行这样的大型模拟，除非仅在重力近似下。”。新的模拟克服了之前需要省略许多变量的局限性，为宇宙学流体动力学模拟设定了新的基准。
该模拟不仅使科学家能够研究重力的影响，还可以研究其他物理现象，哈比卜将其称为天体物理学的“厨房水槽”。模拟重力和其他物理过程，包括恒星、星系和黑洞的形成，对于全面了解宇宙至关重要。该模拟的规模与大型望远镜天文台进行的调查相对应，例如智利的鲁宾天文台，该天文台观察了数十亿年的巨大时间段。橡树岭国家实验室天体物理学家、OLCF科学主任Bronson Messer说：
“这不仅是物理域的庞大规模，这是与艾级计算实现的现代测量观测进行直接比较所必需的。这也是包括重子和所有其他动态物理的额外物理现实性，使这一模拟成为Frontier的真正杰作。”。模拟中使用的超级计算机代码称为HACC，是硬件/混合加速宇宙学代码的缩写。HACC大约在15年前为petascale机器开发，并不断得到增强。
作为ExaSky的一部分，HACC研究团队在过去七年中为代码添加了新功能，并对其进行了重新优化，使其在由GPU加速器驱动的exascale机器上运行。HACC在EB级Frontier超级计算机上运行，比参考运行快近300倍，这表明这些模拟需要复杂的数学和极其强大的超级计算机。Exascale计算项目的一个要求是，代码的运行速度要比项目启动时最快的超级计算机Titan快大约50倍。
模拟的结果将有助于宇宙学家了解宇宙的演化和物理学，包括对暗物质和其他关键过程的见解。尽管基于模拟的详细分析还需要时间才能发表，但研究团队通过分享模拟的一小部分创造了很高的期望。ExaSky团队发布的一段视频显示，星系团在一片体积为311296立方兆帕的空间中形成，仅占模拟总体积的0.001%。随时了解最新消息！
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像ExaSky这样的模拟解决了在长时间尺度上观测宇宙演化的问题。通过观测遥远的物体，科学家们实际上看到了它们数十亿年前的样子，这有助于重建宇宙的演化。对宇宙演化的建模使科学家能够操纵变量，加速时间，并更清楚地了解宇宙中的事件是如何发展的。据《科学警报》报道，哈比卜说：
“如果我们模拟由智利鲁宾天文台等大型望远镜观测到的宇宙的一大块，那么你所说的是观察巨大的时间块——数十亿年的膨胀。”。在Frontier上运行之前，HACC的参数扫描是在劳伦斯伯克利国家实验室国家能源研究科学计算中心的Perlmutter超级计算机上进行的。HACC也在阿贡领导力计算设施的EB级Aurora超级计算机上大规模运行。本文是与生成型人工智能公司Alchemiq合作撰写的