Второй по скорости суперкомпьютер создал самую масштабную симуляцию Вселенной

Второй по скорости суперкомпьютер в мире, Frontier, расположенный в Национальной лаборатории Оук-Ридж (США), создал самую детальную на сегодняшний день компьютерную симуляцию эволюции Вселенной. До недавнего времени он занимал первое место в рейтинге самых мощных вычислительных машин, пока в ноябре 2024 года его не обогнал El Capitan из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (США), с производительностью в 1,742 exaFLOPS. Однако, даже будучи "вторым номером", Frontier остается поистине впечатляющим достижением инженерной мысли. Его вычислительная мощь, достигающая 1,1 exaFLOPS (1,1 квинтиллиона операций с плавающей запятой в секунду), позволила совершить прорыв в области космологического моделирования.

Фундаментальные аспекты космологической гидродинамики

Симуляция, проведенная на Frontier, нацелена на проверку фундаментальных аспектов космологической гидродинамики – науки, изучающей движение и взаимодействие газов, жидкостей и плазмы во Вселенной. Высокая производительность Frontier позволила команде исследователей из Аргоннской национальной лаборатории под руководством Салмана Хабиба использовать аппаратный/гибридный ускоренный космологический код (HACC) для создания симуляции с беспрецедентным уровнем детализации.

Гибкость и адаптивность HACC

HACC – это не просто программное обеспечение, а результат 15-летней работы, постоянно совершенствовавшегося и адаптируемого к новым вычислительным архитектурам. Изначально разработанный для суперкомпьютеров петафлопсного класса (способных выполнять квадриллионы операций в секунду), HACC был написан с учетом масштабируемости. Это означает, что код может эффективно использовать ресурсы самых разных вычислительных систем, от относительно небольших кластеров до гигантских суперкомпьютеров exascale-класса, таких как Frontier и El Capitan.

Уникальная гибридная архитектура Frontier

Frontier, состоящий из 9472 центральных процессоров AMD (CPU) и 37888 графических процессоров AMD (GPU), представляет собой уникальную гибридную архитектуру. Это сочетание CPU, ответственных за общие вычисления и управление, и GPU, специализированных для обработки больших объемов данных и параллельных вычислений.

Физический реализм и исследования темной материи

Бронсон Мессер, директор по науке в Oak Ridge Leadership Computing Facility (OLCF), подчеркивает уникальность HACC, отмечая его способность включать в моделирование барионную материю и сложную динамику, что добавляет необходимый уровень физического реализма. Это открывает новые горизонты для исследований темной материи и темной энергии, позволяя ученым тестировать различные гипотезы, включая альтернативные теории гравитации, такие как модифицированная ньютоновская динамика (MOND).

Модели и реальность: сравнение с наблюдаемыми данными

MOND, в отличие от общей теории относительности Эйнштейна, предлагает объяснение галактических вращений без необходимости вводить гипотетическую темную материю. Симуляции HACC позволяют сравнивать предсказания MOND и других моделей с наблюдательными данными, полученными с помощью современных телескопов, таких как James Webb Space Telescope и Extremely Large Telescope (ELT).

Границы моделирования и философские вопросы

Однако, возможности Frontier и HACC поднимают важные философские вопросы о границах моделирования. Постоянное увеличение вычислительной мощности позволяет создавать всё более точные и детализированные симуляции, постепенно приближаясь к уровню реальности. Возникает вопрос: существует ли предел этой точности? Достигнем ли мы когда-нибудь точки, когда симуляция Вселенной будет неотличима от самой Вселенной? Это ведет к спекуляциям о возможности того, что мы сами можем находиться внутри симуляции, гипотезе, получившей некоторое распространение в научном сообществе. Эта гипотеза предполагает, что наш мир – это лишь результат моделирования, созданного более развитой цивилизацией.

Идея о "симуляции внутри симуляции" – это крайний вариант этой гипотезы. Она предполагает бесконечную рекурсию, где симуляция может содержать другие симуляции, и так далее, ad infinitum. Пока нет никаких научных доказательств, подтверждающих или опровергающих эту гипотезу, она остается предметом философских дискуссий и научной фантастики.