Bir Süper Bilgisayar, Şimdiye Kadarki En Büyük Evren Simülasyonunu Oluşturdu

Geçtiğimiz ay, bir araştırma ekibi dünyanın en hızlı süper bilgisayarını oldukça büyük bir mesele için kullandılar: evrenin atomik ve karanlık madde doğası.

Bu süper bilgisayarın adı Frontier. Frontier, şimdiye kadarki en büyük astrofiziksel evren simülasyonunu çalıştırdı. Simülasyonun boyutu, büyük teleskop gözlemevleri tarafından yapılan gözlemlerle örtüşüyor ve bu, daha önce mümkün değildi. Simülasyonu destekleyen hesaplamalar, evrenin maddi içeriğinin, görebildiğimiz her şeyden yalnızca kütle çekimsel olarak etkileşim kuran görünmez maddelere kadar kozmolojik simülasyonlar için yeni bir temel sağlıyor.

Frontier süper bilgisayarı tam olarak ne hesapladı?

Frontier, saniyede kentilyon (bir milyar milyar) hesaplama yapabilen bir exascale sınıfı süper bilgisayardır. Yani, bilinen ve bilinmeyen evrenin fiziğini ve evrimini simüle etmek gibi büyük bir göreve uygun, güçlü bir makine.

“Evrenin ne yaptığını bilmek istiyorsak, bu iki şeyi simüle etmemiz gerekiyor: yerçekimi ve diğer tüm fizik, sıcak gaz, yıldızların, kara deliklerin ve galaksilerin oluşumu da dahil,” dedi Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndaki hesaplama bilimleri bölüm direktörü Salman Habib, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’ndan bir bültende. “Astrofiziksel ‘mutfak lavabosu’ tabiriyle.” dedi.

Gözlemleyebildiğimiz madde—kara delikler, moleküler bulutlar, gezegenler ve uydular gibi şeyler—evrenin içeriğinin sadece %5’ini oluşturuyor, CERN’e göre. Evrenin daha büyük bir kısmı, görünür (veya atomik) madde üzerinde göründüğü kütle çekimsel etkilerle varlığı çıkarımlanan karanlık madde olarak adlandırılan görünmez bir parça. Karanlık madde, evrenin yaklaşık %27’sinden sorumlu olabilecek çok sayıda parçacık ve nesneyi kapsayan bir terimdir. Evrenin geri kalan %68’i genişleme hızının artmasından sorumlu olan karanlık enerjiye atfedilir.

Frontier evrenin anlaşılmasını nasıl değiştiriyor?

“Eğer Şili’deki Rubin Gözlemevi gibi büyük teleskoplarla gözlemlenen evrenin büyük bir bölümünü simüle etmek isteseydik, milyarlarca yıllık genişleme sürecine bakıyorsunuz demektir,” dedi Habib. “Yakın zamana kadar, yalnızca yerçekimi ile sınırlı bir yaklaşımda bile bu kadar büyük bir simülasyonu yapmayı hayal edemezdik.”

En üstteki grafik, sol taraftaki görüntü, galaksi kümeleri içeren bir bölgede milyarlarca yıl süren genişleyen evrenin evrimini gösterirken, sağ taraftaki görüntü o görüntünün bir kesitinde galaksilerin zamanla oluşumunu ve hareketini gösteriyor.

“Exascale bilgisayarın sağladığı modern araştırma gözlemleriyle doğrudan karşılaştırma yapabilmek için gerekli olan fiziksel alanın büyüklüğü değil sadece,” dedi Oak Ridge Liderlik Hesaplama Tesisinde bilim direktörü Bronson Messer, bir laboratuvar bülteninde. “Bu simülasyonu Frontier için gerçek bir yetenek gösterisine dönüştüren, ilave fiziksel gerçekçilik, baryonları ve diğer tüm dinamik fizikleri de içermesidir.”

Frontier artık dünyanın en hızlı süper bilgisayarı değil

Frontier, Enerji Bakanlığı tarafından kullanılan birkaç exascale süper bilgisayardan biri ve 9.400’den fazla CPU ve 37.000’den fazla GPU içeriyor. Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’nda bulunmasına rağmen, yakın zamanda yapılan simülasyonlar Argonne araştırmacıları tarafından yürütüldü.

Frontier sonuçları, süper bilgisayarın kodu olan Donanım/Hibrit Hızlandırılmış Kozmoloji Kodu (HACC) sayesinde mümkün oldu. On beş yıllık kod, DOE’nin 1,8 milyar dolarlık, sekiz yıllık Exascale Computing Project kapsamında güncellendi ve bu yıl tamamlandı.

Simülasyon sonuçları, Frontier hâlâ dünyanın en hızlı süper bilgisayarıyken geçen ay açıklandı. Ancak kısa bir süre sonra, Frontier, dünyanın en hızlısı olarak El Capitan süper bilgisayarı tarafından aşıldı. El Capitan, saniyede 1.742 kentilyon hesaplamayla doğrulandı ve toplamda saniyede 2.79 kentilyon hesaplama ile zirve performansına ulaşıyor, Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’nın bir bültenine göre.