Vedci z japonského centra RIKEN iTHEMS ukázali, kam až sa dnes dá posunúť hranica simulovania vesmíru. V spolupráci s Univerzitou v Tokiu a Univerzitou v Barcelone vytvorili úplne prvú simuláciu našej Galaxie, ktorá dokázala modelovať viac ako sto miliárd hviezd počas desaťtisíc rokov galaktického vývoja. Tento výkon ide ďaleko za možnosti všetkých doterajších simulácií. Model spracoval stokrát viac individuálnych hviezd ako predchádzajúce pokusy a zároveň bol dokončený stokrát rýchlejšie, píše UniverseToday.

Ohromný výkon a premyslené výpočty

Celé to umožnila extrémna kombinácia siedmich miliónov procesorových jadier, numerických metód a inteligentného prístupu, ktorý využíva princípy strojového učenia. Nový model predstavuje zlom nielen pre astrofyziku, ale aj pre vývoj superpočítačov a umelej inteligencie.

Pre astronómov ide o nástroj, ktorý umožňuje testovať teórie o tom, ako sa rodia hviezdy, ako sa formujú galaktické ramená alebo aký vplyv majú explózie supernov na okolitý medzihviezdny plyn. Práca bola publikovaná na konferencii SC 25, ktorá patrí medzi najvýznamnejšie podujatia v oblasti vysokovýkonného výpočtového výkonu.

Simulovať Mliečnu cestu vo vysokom rozlíšení je jedna z najťažších úloh v súčasnej kozmológii. Ak chceš zachytiť dianie na úrovni jednotlivých hviezd, musíš pracovať so širokou škálou fyzikálnych procesov. Do hry vstupuje gravitácia, správanie plynného média, kolaps molekulárnych oblakov, výbuchy supernov, chemická evolúcia aj vplyv supermasívnej čiernej diery v galaktickom strede. Každý z týchto procesov prebieha v inej mierke a ak by sme cheli simulovať všetko naraz, výpočtový výkon by bol prehnaný.

Doteraz vedci dokázali modelovať nanajvýš miliardu Slnkám podobných hviezd, čo je iba zlomok Mliečnej cesty. Aj tie najvýkonnejšie superpočítače by potrebovali celé týždne, aby spočítali iba milión rokov evolúcie, čo je zanedbateľný okamih oproti veku našej Galaxie.

Pomôže aj iným modelom

Ďalším problémom je, že pridaním viac výpočtových jadier začína efektivita prudko klesať a spotreba energie narastá neudržateľným tempom. Tím vedený Hirashimom preto siahol po elegantnom riešení v podobe špecializovaného AI modelu.

RIKEN/iTHEMS

Ide o algoritmus trénovaný na extrémne detailných simuláciách explózií supernov, ktorý dokáže predpovedať ich dlhodobý vplyv na okolitú hmotu bez toho, aby bolo potrebné fyzikálne počítať každý malý krok. Výsledkom je obrovská úspora času a zdrojov. AI model funguje ako inteligentná skratka, ktorá dopĺňa numerickú simuláciu všade tam, kde by plná fyzika bola príliš výpočtovo náročná.

Kombinácia AI a fyziky umožnila tímu po prvý raz simulovať galaktickú dynamiku na dvoch extrémne rozdielnych mierkach naraz. Na jednej strane sleduješ pohyb celej galaxie veľkej ako Mliečna cesta a na druhej strane vidíš procesy, ktoré prebiehajú na úrovni jednotlivých hviezd či oblúkov plynu. Podľa Hirashimu ide o zásadný posun v tom, ako sa budú odteraz riešiť multifyzikálne problémy naprieč rôznymi vednými odbormi. AI tu neplní iba úlohu nástroja na vzorové rozpoznávanie, ale stáva sa plnohodnotnou súčasťou procesu vedeckého objavovania.

Aby overili výkon novej metódy, vedci ju spustili na superpočítačoch Fugaku a Miyabi. Testy ukázali, že simulácia dokáže pracovať s viac ako sto miliardami hviezd a zároveň zvládne milión rokov galaktického vývoja za približne dve a pol hodiny. Pre porovnanie, ešte pred niekoľkými rokmi by rovnaká úloha trvala viac ako desať dní. Pri tomto tempe možno miliardu rokov galaktickej histórie vypočítať za necelé štyri mesiace, čo je pre modernú kozmológiu úplne nové územie.

Čítajte viac z kategórie: Novinky