با استفاده از ابرکامپیوتر فرانتیر، دانشمندان توانستند بزرگترین شبیهسازی اخترفیزیکی کیهان را به واقعیت تبدیل کنند. این شبیهسازی که تحت پروژهای به نام ExaSky انجام شده، به دانشمندان کمک میکند تا درک عمیقتری از تکامل کیهان و ماهیت ماده تاریک پیدا کنند. برای ساخت این شبیهسازی، محققان آزمایشگاه ملی آرگون وزارت انرژی آمریکا از “کد کیهانشناسی شتابدهنده سختافزاری” (HACC) استفاده کردند که اولین بار حدود 15 سال پیش توسعه یافته بود.
شبیهسازی کیهان با استفاده از ابرکامپیوتر فرانتیر قادر است هر دو نوع ماده موجود در کیهان را مدلسازی کند؛ ماده اتمی و ماده تاریک. حجم این شبیهسازی بیش از 31 میلیارد مگاپارسک مکعب است که نشاندهندهی قدرت محاسباتی بینظیر این سیستم است. شبیهسازیهای کیهانی به دانشمندان این امکان را میدهند که گرانش ماده تاریک و تعاملات میان اجزای مختلف فیزیکی، از جمله گازها، ستارگان، سیاهچالهها و کهکشانها را مدلسازی کنند.
در پروژه ExaSky، تیم تحقیقاتی بهینهسازیهای فراوانی را در کد HACC انجام دادند تا این کد بتواند به بهترین شکل ممکن روی ابرکامپیوترهای مقیاس اگزا (مانند فرانتیر) که از پردازشگرهای گرافیکی پیشرفته AMD Instinct MI250X بهره میبرد، اجرا شود. این تغییرات باعث شد که عملکرد شبیهسازی تقریباً 300 برابر سریعتر از نسخه اولیه خود شود.
استفاده از حدود 9 هزار گره محاسباتی در فرانتیر این امکان را فراهم میآورد تا دقت شبیهسازیها به طور قابل توجهی افزایش یابد. این شبیهسازیها که قرار است در اختیار جامعه علمی قرار گیرد، به محققان این فرصت را میدهند که تحقیقات خود را با دقت بیشتری پیش ببرند و از دادههای بهدستآمده برای بررسی جنبههای مختلف تکامل کیهان استفاده کنند.
شبیهسازیهای کیهانی از بهترین ابزارها برای مطالعه چگونگی تکامل و ساختار کیهان هستند. محققان میتوانند با تغییر سرعت زمان، مشاهده تکامل کیهان را از گذشته به حال یا حتی پیشبینی آینده آن تسهیل کنند. با پیشرفت در شبیهسازیهای پیچیدهتر، انتظار میرود که دانشمندان بتوانند به پاسخهای دقیقتری در مورد ماهیت ماده تاریک و قوانین بنیادی فیزیک دست یابند.
در نهایت، این شبیهسازیها میتوانند به درک عمیقتر از سوالات کلیدی کیهانشناسی مانند نحوه تشکیل کهکشانها، سیاهچالهها و تعاملات میان مختلف اجزای کیهان کمک کنند.
