För första gången, en högpresterande dator gör det möjligt att simulera gravitationella vågor, magnetfält och neutronfysik hos neutronstjärnor samtidigt.

Division Computational Relativistic Astrophysics vid Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute/AEI) i Potsdam har nyligen tagit i drift en 11, 600 datorkluster med CPU -kärna. Det nya högpresterande klustret Sakura ligger vid Max Planck Computing and Data Facility (MPCDF) i Garching och kommer att användas för numerisk-relativistiska simuleringar av kraftfulla astrofysiska händelser. När neutronstjärnor föds i kärnkollaps-supernovaer eller går samman med varandra aeoner senare, stora mängder elektromagnetiska vågor, neutriner, och gravitationella vågor avges. De underliggande astrofysiska processerna är inte väl förstådda och kräver lösning av mycket komplexa, olinjärt, partiella differentialekvationer. Med Sakura, forskarna kommer att utföra fysiskt noggranna och högupplösta simuleringar för att avsevärt förbättra vår förståelse av den binära neutronstjärnans sammanslagningsprocess och bildandet av svarta hål.

Computational Relativistic Astrophysics-divisionen vid AEI fokuserar på numerisk-relativistiska simuleringar av astrofysiska händelser som genererar både gravitationsvågor och elektromagnetisk strålning genom att lösa Einsteins ekvationer och materieekvationer för allmän relativitet på högpresterande datorer. Dessa simuleringar spelar en avgörande roll för att förutsäga exakta gravitationella vågformer för sökningen i detektordata och för att utforska ljusa högenergifenomen som gammastrålningsutbrott och kilonovaer. Genom att använda mer kraftfulla datorer, forskarna kan ta hänsyn till mer komplicerad fysik som krävs för att förstå de astrofysiska fenomenen. Ett av forskarnas ambitiösa mål är att utföra en fysiskt noggrann och högupplöst simulering för att förstå hur binära neutronstjärnor smälter samman.

"Högpresterande datorkluster är våra virtuella laboratorier, "säger Masaru Shibata, chef för divisionen Computational Relativistic Astrophysics. "Vi kan inte skapa neutronstjärnor i ett labb, låt dem slå samman och övervaka vad som händer. Men vi kan förutsäga vad som kommer att hända under koalescensen mellan två neutronstjärnor genom att ta hänsyn till alla viktiga processer och exakt lösa motsvarande ekvationer som beskriver deras beteende. Dessa beräkningar kräver en enorm mängd datorkraft och varar ofta flera månader även på mycket stora datorer. Med Sakura har vi nu 11, 600 CPU -kärnor med 0, 9 petaFLOP/s för dessa numeriska simuleringar till vårt förfogande. "

I tidigare beräkningar, forskarna kunde inte ta hänsyn till både effekterna av magnetfält och neutrinofysik i en simulering. Masaru Shibata förklarar:"Förutom att koden fortfarande är under utveckling, beräkningsresurserna spelar en avgörande roll. Med den nya stora datorn, vi tror att det är möjligt att utföra en simulering med hänsyn till magnetfält och neutrinofysik tillsammans och få en fullständig bild av neutronstjärnans sammanslagningsfysik. "

Förutom det nya högpresterande datorklusteret Sakura ("körsbärsblomning" på japanska) i Garching, divisionen driver två mindre datorservrar vid AEI i Potsdam:"Yamazaki" (det japanska ordet för "berg") och "Tani" (som betyder "dal" på japanska). "Vi kör små jobb på små datorer, "förklarar Masaru Shibata." Vi använder vår interna datorkraft för att utveckla beräkningskoderna och för testkörningar. "Den lokala infrastrukturen behövs också för dataanalys av de simuleringar som utförs vid Garching-datacentret.

Tekniska specifikationer

Sakura in Garching är en del av MPCDF Computing Center-infrastrukturen och integrerad i ett snabbt Omnipath-100-nätverk och 10 Gb Ethernet-anslutningar. Den består av huvudnoder med Intel Xeon Silver 10 -kärnsprocessorer och 192 GB till 384 GB huvudminne samt beräkningsnoder med Intel Xeon Gold 6148 -processorer.

Yamazaki -datorservrar i Potsdam är 13 fristående noder med Intel Xeon Gold QuadCore -processorer (18 kärnor per processor, 4 processorer per server) och 192 till 256 GB huvudminne.

För förvaring, arbeta och analysera mindre delar av de enorma simuleringsutgångarna från Garching -klustret (60 Terabyte var tredje månad) en 500 TB lagring som heter Tani (2 JBODS med 60 diskar, varje 10 TB i en Raid-1-redundans) används vid AEI i Potsdam.