Une simulation cosmologique extrêmement vaste, parmi les cinq plus vastes jamais réalisées, devrait s'exécuter sur Mira cet automne et illustre l'étendue des problèmes abordés sur le supercalculateur de classe dirigeante du laboratoire national Argonne du département américain de l'Énergie (DOE).

La physicienne et informaticienne d'Argonne Katrin Heitmann dirige le projet. Heitmann a été parmi les premiers à tirer parti des capacités de Mira lorsque, en 2013, le système IBM Blue Gene/Q a été mis en ligne à l'Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), une installation utilisateur du DOE Office of Science. Parmi les plus grandes simulations cosmologiques jamais réalisées à l'époque, la simulation de la bordure extérieure qu'elle et ses collègues ont réalisée a permis de poursuivre les recherches scientifiques pendant de nombreuses années.

Pour le nouvel effort, Heitmann s'est vu allouer environ 800 millions d'heures de base pour effectuer une simulation qui reflète les avancées d'observation de pointe des satellites et des télescopes et constituera la base des cartes du ciel utilisées par de nombreux relevés. Évoluant un nombre massif de particules, la simulation est conçue pour aider à résoudre les mystères de l'énergie noire et de la matière noire.

"En transformant cette simulation en un ciel synthétique qui imite étroitement les données d'observation à différentes longueurs d'onde, ce travail peut permettre un grand nombre de projets scientifiques à travers la communauté de recherche, " a déclaré Heitmann. " Mais cela nous présente un grand défi. " C'est-à-dire afin de générer des ciels synthétiques sur différentes longueurs d'onde, l'équipe doit extraire les informations pertinentes et effectuer l'analyse soit à la volée, soit a posteriori en post-traitement. Le post-traitement nécessite le stockage de quantités massives de données - tellement, En réalité, que la simple lecture des données devient extrêmement coûteuse en calcul.

Depuis le lancement de Mira, Heitmann et son équipe ont implémenté dans leur Hardware/Hybrid Accelerated Cosmology Code (HACC) des outils d'analyse plus sophistiqués pour un traitement à la volée. "De plus, par rapport à la simulation de la jante extérieure, nous avons effectué trois améliorations majeures, " dit-elle. " D'abord, notre modèle cosmologique a été mis à jour afin que nous puissions exécuter une simulation avec les meilleures entrées d'observation possibles. Seconde, comme nous visons une course complète de la machine, le volume sera augmenté, conduisant à de meilleures statistiques. Plus important encore, nous avons mis en place plusieurs nouvelles routines d'analyse qui nous permettront de générer des ciels synthétiques pour un large éventail de relevés, en retour nous permettant d'étudier un large éventail de problèmes scientifiques.

La simulation de l'équipe abordera de nombreuses questions fondamentales en cosmologie et est essentielle pour permettre le raffinement des outils prédictifs existants et aider au développement de nouveaux modèles, impactant à la fois les études cosmologiques en cours et à venir, y compris l'instrument spectroscopique à énergie noire (DESI), le Grand Télescope Synoptique d'Enquête (LSST), SPHEREx, et l'expérience de fond cosmique micro-ondes au sol "Stage-4" (CMB-S4). La valeur de la simulation découle de son énorme volume (qui est nécessaire pour couvrir des portions substantielles des zones d'étude) et de l'obtention de niveaux de résolution de masse et de force suffisants pour capturer les petites structures qui abritent des galaxies faibles.

Le volume et la résolution posent des exigences de calcul élevées, et parce qu'ils ne sont pas faciles à atteindre, peu de simulations cosmologiques à grande échelle sont réalisées. Le fait que l'empreinte mémoire des supercalculateurs n'a pas progressé proportionnellement à la vitesse de traitement au cours des années qui ont suivi l'introduction de Mira contribue à la difficulté de leur exécution. Cela rend ce système, malgré son âge relatif, plutôt optimale pour une campagne à grande échelle lorsqu'elle est pleinement exploitée.

"Un calcul de cette échelle n'est qu'un aperçu de ce que les ressources exascales en développement seront désormais capables de faire en 2021/22, " a déclaré Katherine Riley, Directeur scientifique de l'ALCF. « La communauté des chercheurs profitera de ces travaux pendant très longtemps. »