Przełamywanie kodu astrofizyki pozwala na szybkie modelowanie zderzeń gwiazd

Przełamywanie kodu astrofizyki pozwala na szybkie modelowanie zderzeń gwiazd

Źródło: Sagiv Shiber, LSU

„Octo-Tiger”, zaawansowany kod astrofizyczny, symuluje ewolucję autonomicznych systemów grawitacyjnych i obrotowych o dowolnej geometrii, wykorzystując adaptacyjną optymalizację sieci i nową metodę wyważania łopat w celu uzyskania ultraszybkich prędkości.

Ten nowy kod do modelowania zderzeń gwiazd jest szybszy niż kod używany do symulacji numerycznych. Badania powstały w wyniku wyjątkowej współpracy między eksperymentalnymi informatykami i astrofizykami z Wydziału Fizyki i Astronomii LSU, Centrum Obliczeń i Technologii LSU, Indiana Kokomo University i Macquarie University w Australii, a ich zwieńczeniem był ponad rok standaryzowanych testów i symulacje naukowe, wspierane wieloma grantami NSF, w tym jednym specjalnie zaprojektowanym do przełamania bariery między informatyką a astrofizyką.

„Dzięki ogromnemu wysiłkowi tej współpracy mamy teraz niezawodną strukturę algorytmiczną do symulacji połączeń gwiazd” – powiedział Patrick Motel, profesor fizyki na Indiana University Kokomo. „Znacznie skracając czas obliczeniowy potrzebny do ukończenia symulacji, możemy zacząć zadawać nowe pytania, na które nie można było odpowiedzieć, gdy symulacja pojedynczej fuzji jądrowej była zbyt cenna i czasochłonna. Mogliśmy zbadać więcej parametrów w przestrzeni, zbadać symulacje z bardzo dużą przestrzenią dokładności lub na dłuższe okresy po połączeniu, możemy rozszerzyć symulacje na bardziej kompletne modele fizyczne, na przykład integrując transport radiacyjny ”.

Ten film przedstawia symulację dwóch osób Octo-Tiger Biały karzeł Gwiazdy krążą wokół siebie. Patrzymy na te dwie gwiazdy, gdy zaczynają się łączyć. Kolor wskazuje, jak gęsty jest gaz na orbicie lub w płaszczyźnie środkowej, przy czym brązowy oznacza gaz jest gęstszy, a niebieski jest mniej gęsty. Strzałki wskazują prędkość gazu. Czerwone strzałki odpowiadają prędkościom dochodzącym do 1000 km / s, a niebieskie – prędkości zaledwie 1 km / s. Czas w sekundach jest wyświetlany w lewym górnym rogu. System binarny początkowo kończy orbitę co dwie minuty, a całkowity czas symulacji jest krótszy niż dwie godziny, co reprezentuje ostatnie godziny w życiu tego układu binarnego przed połączeniem. Źródło: Sagiv Shiber, LSU

Niedawno opublikowany w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, „Octo-Tiger: New 3D Hydrodynamic Code for Stellar Mergers using HPX Parallelisation”, bada wydajność i dokładność kodu za pomocą testu porównawczego. Autorzy d. Dominik C. Marcelo jest badaczem z tytułem doktora. Sajiv Scheiber, badacz z tytułem doktora, Dr. Johann Frank Professor; Geoffrey C. Clayton, profesor; Dr.. Dr.. Patrick Dell, naukowiec; A dr Hartmut Kaiser, naukowiec z Louisiana State University – wraz ze współpracownikami dr Ursulą de Marco, profesorem na Macquarie University i dr Patrickiem M. Motellem, profesorem na Indiana University Cocomo – porównują swoje wyniki z rozwiązaniami analitycznymi. wiedzieć, i inne kody sieciowe, takie jak słynny FLASH. Ponadto obliczyli interakcję dwóch białych karłów od wczesnego transferu masy do włączenia i porównali wyniki z poprzednimi symulacjami podobnych systemów.

„Test na najszybszym australijskim superkomputerze Gadi (nr 25 na liście 500 najlepszych na świecie) wykazał, że Octo-Tiger, który ma ponad 80 000 rdzeni, wykazuje doskonałą wydajność w przypadku dużych, wbudowanych modeli gwiazd” – powiedział de Marco. „Dzięki Octo-Tiger nie tylko możemy radykalnie skrócić czas oczekiwania, ale także nasze modele mogą odpowiedzieć na wiele pytań, na których nam zależy”.

Octo-Tiger jest obecnie zoptymalizowany do symulacji dobrze rozdzielonej fuzji gwiazd, którą można przybliżyć za pomocą struktur barotropowych, takich jak białe karły lub gwiazdy ciągu głównego. Solver grawitacyjny utrzymuje moment pędu precyzji instrumentu, dzięki algorytmowi korekcji. Ten kod wykorzystuje równoległość HPX, co pozwala na nakładanie się biznesu i komunikacji, co skutkuje doskonałymi właściwościami skalowania, umożliwiającymi rozwiązywanie dużych problemów w krótszych ramach czasowych.

„Ten artykuł pokazuje, w jaki sposób oparty na zadaniach asynchroniczny system wykonawczy może być wykorzystany jako realna alternatywa dla interfejsu przekazywania komunikatów w celu obsługi ważnego problemu astrofizycznego” – powiedział Diehl.

Badania identyfikują obecne i planowane obszary rozwoju mające na celu zajęcie się szeregiem zjawisk fizycznych związanych z przejściowymi obserwacjami.

„Chociaż nasze szczególne zainteresowania badawcze koncentrują się na fuzjach gwiazd i ich następstwach, istnieje wiele problemów w astrofizyce obliczeniowej, które Octo-Tiger może rozwiązać poprzez swoją podstawową infrastrukturę płynów samograwitacyjnych” – powiedział Motl.

Poniższa animacja została przygotowana przez Shibera, który powiedział: „Octo-Tiger pokazuje świetne wyniki w obu Zdrowie Od rozwiązań i skalowania po dziesiątki tysięcy rdzeni. Wyniki te ilustrują Octo-Tiger jako idealny kod do modelowania transferu masy w układach binarnych i do symulacji połączeń gwiazd. „

Odniesienie: „Octo-Tiger: nowy kod hydrodynamiczny 3D dla połączeń gwiazd przy użyciu równoległości HPX” Dominic C. Marcello, Sajif Scheiber, Ursula de Marco, Johann Frank, Geoffrey C. Clayton, Patrick M Motel, Patrick Dell i Hartmut Kaiser, 10 kwietnia 2021 r. Miesięczne zawiadomienia Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego.
DOI: 10.1093 / mnras / stab937

You May Also Like

About the Author: Ellen Doyle

"Introwertyk. Myśliciel. Rozwiązuje problemy. Specjalista od złego piwa. Skłonny do apatii. Ekspert od mediów społecznościowych. Wielokrotnie nagradzany fanatyk jedzenia."

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.