36 000 графических процессоров AMD создали крупнейшую модель Вселенной

Учёные из США завершили создание крупнейшей в истории цифровой модели Вселенной. Суперкомпьютер Frontier, расположенный в Ок-Риджской национальной лаборатории, потратил несколько лет на отладку алгоритмов и в ноябре 2024 года выдал результат — симуляцию объёмом более 31 млрд кубических мегапарсек. Речь идёт не просто о картографировании космоса, а о полноценной симуляции космологической гидродинамики, которая объединяет гравитацию, поведение тёмной материи и «обычную» астрофизику: рождение звёзд, чёрных дыр и галактик.

Масштаб ExaSky: 9000 узлов и четыре GPU на каждый

Проект ExaSky развернули на вычислителе Frontier, который использует 9000 вычислительных узлов. В основе каждого узла лежит процессор AMD EPYC 3-го поколения и четыре ускорителя AMD Instinct 250X. Такая архитектура позволила воссоздать расширяющуюся Вселенную в рамках, недоступных ранее ни одной другой суперкомпьютерной системе. По словам физика Салмана Хабиба из Аргоннской национальной лаборатории, руководившего работой, симуляция охватывает два ключевых компонента: тёмную материю, взаимодействующую только гравитационно, и атомное вещество. Именно сочетание этих элементов, включая поведение горячего газа и процессы звёздообразования, превращает модель в «астрофизическую кухню».

Что даёт ускоренное воспроизведение эволюции

Модель позволяет не просто зафиксировать статичную картину, а просматривать эволюционные трансформации вещества в ускоренном режиме. Учёные могут наблюдать, как под разными углами и с разных сторон меняется структура материи. Сопоставление этих данных с наблюдениями реальной Вселенной даёт шанс уточнить существующие теории и выявить нюансы, которые ранее ускользали от внимания исследователей. Особый интерес представляет изучение природы тёмной материи, чьи свойства до сих пор остаются одной из главных загадок космологии.

Подготовка к запуску симуляции заняла несколько лет. Основная сложность заключалась в настройке алгоритмов, способных эффективно распределять нагрузку между тысячами узлов. Frontier справился с задачей, хотя, по признанию команды, даже для него воссоздание полного объёма стало серьёзным вызовом. Пока опубликован лишь фрагмент модели — одна тысячная от общего объёма, представляющая собой куб со сторонами 64 × 64 × 76 мегапарсек. Видеоролик с этим участком уже доступен для ознакомления.

Первые публикации на основе работы с моделью ExaSky ожидаются не ранее чем через год. Учёным предстоит провести глубокий анализ полученных данных и соотнести их с результатами телескопических наблюдений. Это займёт время, но уже сейчас ясно: симуляция открывает путь к проверке гипотез, которые ранее невозможно было верифицировать из-за ограничений вычислительных мощностей. В частности, речь идёт о поведении тёмной материи в масштабах, сопоставимых с крупномасштабной структурой Вселенной.