破世界纪录!上海交通大学实现天文学N体模拟粒子数新突破!

2020-03-16上海交通大学科研青塔

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摘要:近日,上海交通大学网络信息中心、天文系联合厦门大学天文系等单位,依托交大超算平台(π 2.0集群),成功完成4.4万亿粒子的宇宙大尺度结构N体模拟Cosmo-π测试(使用512节点、20480核心),追踪了137亿年以来的宇宙演化,并打破此前3万亿粒子数的TianNu数值模拟世界纪录(使用13824节点、331776 核心),成为目前世界上完成粒子数目最多的天文学N体模拟。

近日,上海交通大学网络信息中心、天文系联合厦门大学天文系等单位,依托交大超算平台(π 2.0集群),成功完成4.4万亿粒子的宇宙大尺度结构N体模拟Cosmo-π测试(使用512节点、20480核心),追踪了137亿年以来的宇宙演化,并打破此前3万亿粒子数的TianNu数值模拟世界纪录(使用13824节点、331776 核心),成为目前世界上完成粒子数目最多的天文学N体模拟

该项研究成果“CUBE - Towards an Optimal Scaling of Cosmological N-body Simulations”被高性能计算和并行与分布式系统领域权威国际会议CCGRID 2020收录,并成为全球唯一入围IEEE 国际可扩展计算挑战赛SCALE 2020的解决方案。论文预印版已在arXiv发布(点击“阅读原文”,查看论文全文)。

论文作者程盛淦(第一作者)、廖秋承、林新华来自上海交通大学网络信息中心,林新华为论文唯一通讯作者

1、交大智慧,浩瀚星宇“超大规模”模拟

千百年来,人类对宇宙的遐思与探索从未止步。从早期“日月安属”、“列星安陈”的朴素疑问,到如今逐渐将九天揽月的梦想写在深邃太空之上,一代代科学家投身其中,认识宇宙、推演发展、预测未来。

本次项目团队使用的N体模拟(N-body Simulation),正是现代天体学研究中,探索N个粒子在引力相互作用下动力学问题的重要工具。

研究中,团队将宇宙形成初期的虚拟粒子数设定为4.4万亿,考察其随时间推移、在引力作用模型作用下的聚合、分散运动,获取共计约500TB数据,尽可能还原暗物质在宇宙中的真实演化情况。

从前世界纪录的3万亿到如今的4.4万亿,是粒子数的海量增加、宇宙演化历史的更清晰还原,但同时,也是计算复杂度的指数级增长、对计算机计算能力及存储能力的巨大挑战。超强性能的交大超算平台,为项目团队提供信心与底气,并支撑其最终摘得科研硕果。

超算,全称“超级计算机”,由成百上千甚至更多的处理器组成,可处理大量数据并进行模拟,应用领域广泛。2013年,交大超算平台π 1.0建成,6年时间累计为我校258个课题组提供服务,运行作业200多万个。2019年上半年,全新建设升级的π 2.0集群投入运行。

2、学科融合,高质量创新成果加速产出

值得一提的是,有别于天文领域当前普遍使用国外开发的数值模拟软件,本次模拟使用的N体数值模拟软件CUBE,系天文系于浩然团队自行研发,为自主可控的国产数值模拟软件。

于浩然团队率先完成核心功能和宇宙学模型,计算平台服务团队将其在π 2.0集群重新实现和优化,使其具备在超算上进行大规模运行的能力。最终CUBE仅使用2万核心便突破世界纪录的表现,不仅让很多人期待该软件在更大规模的国家超算上的更多潜力,也见证了“学科融合”的交大计算服务模式的再次成功实践。

学科融合分工合作

专业团队提供“研究创新”、“算法创新”,计算平台服务团队提供“性能提升”、“数据分析”,利用跨学科团队在不同领域各自优势,分工合作、强强联合.

10倍,100倍,10000倍,材料学院张澜庭教授团队,机动学院孟祥慧教授团队,密西根学院鲍华团队……计算平台持续挑战软件优化极限,释放服务科研“硬核”力量。

当前,π 2.0集群已全面融入我校教学科研活动。助力校内课程教学,提供一对一助教支持,辅助完成作业计算任务,使学生在课堂上体验超级计算机的“速度与激情”;覆盖各学科门类,支撑在海洋学、生物医学、材料科学、航空航天、机械制造、天体物理等领域科学研究及工程应用,与时间赛跑,为创新加速。

除π2.0集群外,网络信息中心还拥有jCloud2.0云计算平台、AI计算平台,三者共同构成交大新一代校级计算平台。

AI 人工智能计算平台

 

本文转载自:上海交通大学。文章为作者独立观点,不代表青塔立场,转载请联系原作者。

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