Simulation numérique-relativiste de deux étoiles à neutrons inspiratrices et fusionnantes. Les densités plus élevées sont indiquées en orange, les densités inférieures sont indiquées en rouge. Crédit :K. Kiuchi (Institut Yukawa de physique théorique, Université de Kyoto), T. Wada (Observatoire national d'astronomie du Japon)
Pour la première fois, un calculateur performant permettra de simuler des ondes gravitationnelles, champs magnétiques et physique des neutrinos des étoiles à neutrons simultanément.
La division Computational Relativistic Astrophysics du Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute/AEI) à Potsdam a récemment mis en service un 11, Cluster d'ordinateurs à 600 cœurs de processeur. Le nouveau cluster hautes performances appelé Sakura est situé au Max Planck Computing and Data Facility (MPCDF) à Garching et sera utilisé pour des simulations numériques-relativistes d'événements astrophysiques puissants. Lorsque les étoiles à neutrons naissent dans des supernovae qui s'effondrent ou fusionnent les unes avec les autres des éons plus tard, d'énormes quantités d'ondes électromagnétiques, neutrinos, et des ondes gravitationnelles sont émises. Les processus astrophysiques sous-jacents ne sont pas bien compris et nécessitent une résolution très complexe, non linéaire, équations aux dérivées partielles. Avec Sakura, les scientifiques effectueront des simulations physiquement précises et à haute résolution pour améliorer considérablement notre compréhension du processus de fusion d'étoiles à neutrons binaires et de la formation de trous noirs.
La division Computational Relativistic Astrophysics de l'AEI se concentre sur les simulations numériques-relativistes d'événements astrophysiques qui génèrent à la fois des ondes gravitationnelles et des rayonnements électromagnétiques en résolvant les équations d'Einstein et les équations de la matière de la relativité générale sur des ordinateurs hautes performances. Ces simulations jouent un rôle crucial dans la prédiction de formes d'onde gravitationnelles précises pour la recherche dans les données du détecteur et pour l'exploration de phénomènes brillants à haute énergie tels que les sursauts gamma et les kilonovae. En utilisant des ordinateurs plus puissants, les scientifiques peuvent prendre en compte une physique plus compliquée nécessaire pour comprendre les phénomènes astrophysiques. L'un des objectifs ambitieux des scientifiques est d'effectuer une simulation physiquement précise et à haute résolution pour comprendre comment les étoiles à neutrons binaires fusionnent.
« Les clusters informatiques performants sont nos laboratoires virtuels, " dit Masaru Shibata, directeur de la division Computational Relativistic Astrophysics. "Nous ne pouvons pas créer d'étoiles à neutrons dans un laboratoire, laissez-les fusionner et surveiller ce qui se passe. Mais nous pouvons prédire ce qui se passera lors de la coalescence de deux étoiles à neutrons en prenant en compte tous les processus importants et en résolvant avec précision les équations correspondantes qui décrivent leur comportement. Ces calculs nécessitent une énorme puissance de calcul et durent souvent plusieurs mois même sur de très gros ordinateurs. Avec Sakura nous en avons maintenant 11, 600 cœurs de processeur avec 0, 9 petaFLOP/s pour ces simulations numériques à notre disposition."
Dans les calculs précédents, les scientifiques n'ont pas été en mesure de prendre en compte à la fois les effets des champs magnétiques et la physique des neutrinos dans une simulation. Masaru Shibata explique :« Outre le fait que le code est encore en cours de développement, les ressources de calcul jouent un rôle crucial. Avec le nouveau grand ordinateur, nous pensons qu'il est possible d'effectuer une simulation prenant en compte les champs magnétiques et la physique des neutrinos ensemble et d'obtenir une image complète de la physique de la fusion d'étoiles à neutrons."
Le cluster haute performance Sakura, situé au Max Planck Computing and Data Facility (MPCDF) à Garching, sera utilisé pour des simulations numériques-relativistes d'événements astrophysiques puissants. Crédit :K. Zilker (Max Planck Computing and Data Facility (MPCDF))
Outre le nouveau cluster informatique haute performance Sakura ("fleur de cerisier" en japonais) à Garching, la division gère deux serveurs de calcul plus petits à l'AEI de Potsdam :« Yamazaki » (le mot japonais pour « montagnes ») et « Tani » (qui signifie « vallée » en japonais). « Nous exécutons de petits travaux sur de petits ordinateurs, " explique Masaru Shibata. " Nous utilisons notre puissance informatique interne pour développer les codes de calcul et pour les tests. " L'infrastructure locale est également nécessaire pour l'analyse des données des simulations effectuées au centre de calcul de Garching.
Spécifications techniques
Sakura à Garching fait partie de l'infrastructure du centre de calcul MPCDF et est intégré dans un réseau Omnipath-100 rapide et des connexions Ethernet 10Gb. Il se compose de nœuds principaux avec processeurs Intel Xeon Silver 10 cœurs et de 192 Go à 384 Go de mémoire principale, ainsi que de nœuds de calcul avec processeurs Intel Xeon Gold 6148.
Les serveurs de calcul Yamazaki à Potsdam sont constitués de 13 nœuds autonomes dotés de processeurs Intel Xeon Gold QuadCore (18 cœurs par processeur, 4 processeurs par serveur) et 192 à 256 Go de mémoire principale.
Pour stocker, travailler et analyser de plus petites parties des énormes sorties de simulation du cluster Garching (60 téraoctets tous les 3 mois) un stockage de 500 To appelé Tani (2 JBODS avec 60 disques, chaque 10 To dans une redondance Raid-1) est utilisé à l'AEI à Potsdam.
