Na Oak Ridge National Laboratory v USA sa nachádza superpočítač Frontier, ktorý len nedávno stratil titul najrýchlejšieho na svete. Napriek tomu zostáva absolútnou špičkou vo výkone a teraz sa zapísal do histórie vytvorením najkomplexnejšej počítačovej simulácie vesmíru. Táto simulácia má za cieľ testovať tzv. „kozmologickú hydrodynamiku“ a otvára nové možnosti pochopenia toho, ako vesmír funguje. Na tému upozornil portál LiveScience.

Najväčšia simulácia vesmíru

Frontier je skutočným gigantom medzi superpočítačmi. Ako prvý exascale počítač na svete dokáže vykonávať až 1,1 exaFLOPS, čo predstavuje 10^18 výpočtových operácií za sekundu. Jeho sila spočíva v impozantnej architektúre, ktorú tvorí 9 472 centrálnych procesorov (CPU) a 37 888 grafických procesorov (GPU) od spoločnosti AMD. Tento stroj bol najrýchlejším na svete, kým ho v novembri 2024 nepredbehol nový superpočítač El Capitan s výkonom 1,742 exaFLOPS.

ORNL

Projekt simulácie na Frontieri vedie tím amerického ministerstva energetiky z laboratória Argonne v Illinois, pod vedením Salmana Habiba, riaditeľa divízie pre výpočtové vedy. Na simuláciu použili softvér HACC (Hardware/Hybrid Accelerated Cosmology Code), ktorý bol vyvinutý už pred 15 rokmi. Tento softvér dokáže modelovať evolúciu vesmíru a jeho flexibilita umožňuje prispôsobenie pre najrýchlejšie superpočítače tej ktorej doby.

HACC má za sebou dlhú históriu úspechov, no až Frontier otvoril možnosti simulácií zahŕňajúcich viac ako len gravitačné efekty. Predchádzajúce verzie simulácií boli realizované na superpočítačoch s nižším výkonom, ako napríklad Summit, ktorý bol najrýchlejším medzi rokmi 2018 a 2020. Na Summit počítači tím vytvoril tri simulácie pomenované podľa planét z vesmíru Star Treku: Qo’noS (model štandardnej kozmológie), Vulcan (s masívnymi neutrínami) a Ferenginar (s variabilnou temnou energiou).

Takto ďaleko sa ešte nikto nedostal

Simulácie na Frontieri však idú ešte ďalej. Už nejde len o „gravitačné simulácie“, ale o zahŕňanie ďalších fyzikálnych síl, ako sú teplý plyn, formovanie hviezd, čierne diery či vznik galaxií. Habib to opisuje ako simuláciu „astrofyzikálneho kuchynského dresu“, kde sú zahrnuté všetky možné fyzikálne procesy. Tento prístup je zásadný, pretože temná hmota a temná energia, ktoré tvoria 95 % vesmíru, hrajú kľúčovú úlohu v jeho vývoji.

Terranaut/Pixabay

Aby HACC fungoval na Frontieri, musel byť softvér optimalizovaný tak, aby pracoval najmenej 50-krát rýchlejšie ako na superpočítači Titan, ktorý bol najrýchlejší v roku 2012. Frontier však prekonal očakávania a dosiahol až 300-násobné zrýchlenie.

Tieto simulácie budú sprístupnené astronomickej komunite, ktorá ich môže využiť na testovanie kozmologických modelov. Vedci môžu skúmať otázky o povahe temnej hmoty, sile temnej energie či alternatívnych modeloch gravitácie, ako je napríklad Modifikovaná Newtonova dynamika (MOND). Porovnaním výsledkov simulácií s reálnymi astronomickými pozorovaniami môžu identifikovať, ktorý model najlepšie zodpovedá skutočnosti.

Prínos Frontieru však vyvoláva aj hlbšie filozofické otázky. Ak sa výpočtová sila bude naďalej zvyšovať, budú naše simulácie vesmíru stále presnejšie. Kde je však hranica? Niektorí vedci dokonca špekulujú, či sami nežijeme v simulácii vytvorenej vyššou inteligenciou. A ak vytvárame simulácie vo vnútri simulácie, možno sa skutočne nachádzame v nekonečnom reťazci — „korytnačky až do nekonečna“.

Superpočítač Frontier ukazuje, že veda a technológia spolu dokážu nepredstaviteľné veci, posúvajúc hranice poznania o vesmíre do neprebádaných vôd. Je to fascinujúca ukážka toho, čo môže ľudská zvedavosť a výpočtová sila dosiahnuť.