Nyt virtuelt laboratorium til sammensmeltning af neutronstjerner

For første gang, en højtydende computer vil gøre det muligt at simulere gravitationsbølger, magnetiske felter og neutrinofysik af neutronstjerner samtidigt.

Computational Relativistic Astrophysics division ved Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute/AEI) i Potsdam har for nylig sat en 11, 600 CPU core computerklynge. Den nye højtydende klynge kaldet Sakura er placeret ved Max Planck Computing and Data Facility (MPCDF) i Garching og vil blive brugt til numerisk-relativistiske simuleringer af kraftige astrofysiske hændelser. Når neutronstjerner fødes i kerne-kollaps supernovaer eller smelter sammen med hinanden aeoner senere, enorme mængder af elektromagnetiske bølger, neutrinoer, og gravitationsbølger udsendes. De underliggende astrofysiske processer er ikke godt forstået og kræver løsning af meget komplekse, ikke-lineær, partielle differentialligninger. med Sakura, forskerne vil udføre fysisk nøjagtige og højopløselige simuleringer for betydeligt at forbedre vores forståelse af den binære neutronstjernefusionsproces og dannelsen af ​​sorte huller.

Computational Relativistic Astrophysics division på AEI fokuserer på numerisk-relativistiske simuleringer af astrofysiske hændelser, der genererer både gravitationsbølger og elektromagnetisk stråling ved at løse Einsteins ligninger og stofligninger af generel relativitet på højtydende computere. Disse simuleringer spiller en afgørende rolle i at forudsige nøjagtige gravitationsbølgeformer til søgningen i detektordata og for at udforske lyse højenergifænomener såsom gammastråleudbrud og kilonovaer. Ved at bruge mere kraftfulde computere, forskerne kan tage hensyn til mere kompliceret fysik, der kræves for at forstå de astrofysiske fænomener. Et af forskernes ambitiøse mål er at udføre en fysisk nøjagtig simulering i høj opløsning for at forstå, hvordan binære neutronstjerner smelter sammen.

"Højtydende computerklynger er vores virtuelle laboratorier, " siger Masaru Shibata, direktør for Computational Relativistic Astrophysics divisionen. "Vi kan ikke skabe neutronstjerner i et laboratorium, lad dem smelte sammen og overvåge, hvad der sker. Men vi kan forudsige, hvad der vil ske under sammensmeltningen af ​​to neutronstjerner ved at tage højde for alle de vigtige processer og nøjagtigt løse de tilsvarende ligninger, der beskriver deres adfærd. Disse beregninger kræver en enorm mængde computerkraft og varer ofte flere måneder selv på meget store computere. Med Sakura har vi nu 11, 600 CPU-kerner med 0, 9 petaFLOP/s for disse numeriske simuleringer til vores rådighed."

I tidligere beregninger, forskerne var ikke i stand til at tage hensyn til både virkningerne af magnetfelter og neutrinofysik i en simulation. Masaru Shibata forklarer:"Udover det faktum, at koden stadig er under udvikling, de beregningsmæssige ressourcer spiller en afgørende rolle. Med den nye store computer, vi tror, ​​det er muligt at udføre en simulering, der tager højde for magnetiske felter og neutrinofysik sammen og få det fulde billede af neutronstjernefusionsfysik."

Udover den nye højtydende computerklynge Sakura ("kirsebærblomst" på japansk) i Garching, divisionen kører to mindre computerservere på AEI i Potsdam:"Yamazaki" (det japanske ord for "bjerge") og "Tani" (som betyder "dal" på japansk). "Vi kører små opgaver på små computere, " forklarer Masaru Shibata. "Vi bruger vores interne computerkraft til at udvikle regnekoderne og til testkørsler." Den lokale infrastruktur er også nødvendig til dataanalyse af simuleringerne udført på Garchings computercenter.

Tekniske specifikationer

Sakura i Garching er en del af MPCDF Computing Center-infrastrukturen og integreret i et hurtigt Omnipath-100-netværk og 10 Gb Ethernet-forbindelser. Den består af hovednoder med Intel Xeon Silver 10 core-processorer og 192GB til 384GB hovedhukommelse samt computerknudepunkter med Intel Xeon Gold 6148 CPU'er.

Yamazaki-computerserverne i Potsdam er 13 selvstændige noder med Intel Xeon Gold QuadCore-processorer (18 kerner pr. processor, 4 processorer pr. server) og 192 til 256 GB hovedhukommelse.

Til opbevaring, arbejder og analyserer mindre dele af de enorme simuleringsoutput fra Garching-klyngen (60 Terabyte hver 3. måned) et 500 TB lager kaldet Tani (2 JBODS med 60 diske, hver 10 TB i en Raid-1 redundans) bruges på AEI i Potsdam.