Simularea Universului a atins o etapă decisivă datorită Frontier, un supercomputer bazat la Laboratorul Național Oak Ridge (ORNL) din Tennessee, Statele Unite. Acest supercomputer a creat recent o simulare cosmologică de o scară și complexitate fără precedent, oferind o privire mai detaliată asupra universului decât cea realizată vreodată. Acest proiect, cunoscut sub numele de ExaSky, este unul dintre cele mai ambițioase din domeniul cosmologiei și a făcut posibilă modelarea unor fenomene la fel de complexe precum expansiunea Universului și impactul materiei întunecate.
Proiectul ExaSky face parte dintr-o inițiativă mai amplă lansată de Departamentul de Energie al SUA (DOE) numită Exascale Computing. Cu un buget de 1,8 miliarde de dolari, acest program își propune să dezvolte supercalculatoare capabile să efectueze simulări științifice la o scară mult mai mare decât se credea posibil. Frontier, unul dintre cele mai puternice supercalculatoare din lume, joacă un rol central în acest proiect.
Platforma software utilizată pentru această simulare se numește Hardware/Hybrid Accelerated Cosmology Code (HACC). Datorită acestei tehnologii avansate, cercetătorii au reușit să simuleze evoluția Universului cu o precizie fără precedent. Acest model de cosmologie hidrodinamică permite integrarea unei game largi de fenomene fizice, variind de la gravitație la influența materiei întunecate, inclusiv gazele și plasmele prezente în Univers. Deși sofisticate, modelele anterioare au luat în considerare doar unii dintre factori, în special gravitația și proprietățile gazului sau ale plasmei.
Unul dintre marile succese ale supercalculatorului Frontier este puterea sa de procesare. În această simulare, Frontier a folosit aproape 9.000 de noduri de calcul, fiecare echipat cu plăci grafice AMD Instinct MI250X puternice. Acest supercomputer a reușit să ruleze simularea universului cu o viteză de aproape 300 de ori mai rapidă decât simulările anterioare efectuate cu Titan, un alt supercomputer DOE. Aceste performanțe excepționale au făcut posibilă crearea unor modele mult mai detaliate și mai complexe, ceea ce deschide astfel noi căi pentru cercetarea cosmologică. Cu capabilitățile sale de 1,4 exaFLOPS, Frontier se clasează ca fiind al doilea cel mai rapid supercomputer din lume, chiar după El Capitan, care poate atinge 1,7 exaFLOPS. Pentru comparație, un exaFLOP reprezintă un miliard de miliard de operațiuni în virgulă mobilă pe secundă, o unitate folosită pentru a măsura performanța acestor mașini. Acest nivel de putere este crucial pentru simulările la scară mare, cum ar fi cele ale Universului, care necesită o cantitate mare de calcul pentru a modela evoluția universului pe scări colosale de timp și spațiu.
Simularea efectuată cu Frontier permite cercetătorilor să testeze ipoteze despre cosmos folosind date mai precise și mai complete decât oricând. Posibilitatea de a integra factori complecși precum materia întunecată sau expansiunea Universului într-un model coerent ar putea răspunde la întrebări fundamentale despre nașterea, evoluția și viitorul acestuia. În plus, capacitatea de a simula Universului la o scară atât de detaliată ar putea oferi o perspectivă asupra fenomenelor astrofizice rare și invizibile, cum ar fi găurile negre sau exploziile de stele gigantice.
Deși simularea cosmologică este punctul culminant al proiectului ExaSky, Frontier este folosit și în multe alte domenii științifice, ilustrând potențialul său multifuncțional. De exemplu, în aprilie 2023, Frontier a fost folosit pentru a simula un an întreg de date climatice globale la o rezoluție impresionantă de trei kilometri. Această simulare face parte dintr-un program care ajută oamenii de știință să înțeleagă mai bine interacțiunile complexe dintre atmosferă, oceane și zonele terestre. Aceste date sunt esențiale pentru îmbunătățirea prognozelor meteo și pentru o mai bună anticipare a efectelor schimbărilor climatice. Cercetarea materialelor a fost, de asemenea, revoluționată de Frontier. Folosind puterea sa de calcul exascale, cercetătorii au reușit să modeleze interacțiunile chimice în materiale noi la nivel molecular. Aceste simulări fac posibilă, de exemplu, prezicerea comportamentului lor pentru a le face mai rezistente, mai ușoare sau mai rezistente la coroziune.
În sfârșit, una dintre cele mai interesante aplicații ale supercalculatoarelor precum Frontier constă în capacitatea lor de a stimula inteligența artificială (AI). Viteza calculelor permite programatorilor să testeze algoritmii mai rapid și să analizeze seturi mari de date. Acest lucru ar putea revoluționa domenii precum modelele lingvistice, recunoașterea vorbirii și chiar îmbunătățirea predicțiilor legate de schimbările climatice.
