上海交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)信息中心、天文系聯(lián)合廈門(mén)大學(xué)天文系等單位,依托交大超算平臺(tái)(π 2.0集群),成功完成4.4萬(wàn)億粒子的宇宙大尺度結(jié)構(gòu)N體模擬Cosmo-π測(cè)試(使用512節(jié)點(diǎn)、20480核心),追蹤了137億年以來(lái)的宇宙演化,并打破此前3萬(wàn)億粒子數(shù)的TianNu數(shù)值模擬世界紀(jì)錄(使用13824節(jié)點(diǎn)、331776 核心),成為目前世界上完成粒子數(shù)目最多的天文學(xué)N體模擬。
近日,該項(xiàng)研究成果“CUBE - Towards an Optimal Scaling of Cosmological N-body Simulations”被高性能計(jì)算和并行與分布式系統(tǒng)領(lǐng)域權(quán)威國(guó)際會(huì)議CCGRID 2020收錄,并成為全球唯一入圍IEEE 國(guó)際可擴(kuò)展計(jì)算挑戰(zhàn)賽SCALE 2020的解決方案。論文預(yù)印版已在arXiv發(fā)布(點(diǎn)擊“閱讀原文”,查看論文全文)。
論文作者程盛淦(第一作者)、廖秋承、林新華來(lái)自上海交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)信息中心,林新華為論文唯一通訊作者
交大智慧,浩瀚星宇“超大規(guī)?!蹦M
千百年來(lái),人類(lèi)對(duì)宇宙的遐思與探索從未止步。從早期“日月安屬”、“列星安陳”的樸素疑問(wèn),到如今逐漸將九天攬?jiān)碌膲?mèng)想寫(xiě)在深邃太空之上,一代代科學(xué)家投身其中,認(rèn)識(shí)宇宙、推演發(fā)展、預(yù)測(cè)未來(lái)。
本次項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)使用的N體模擬(N-body Simulation),正是現(xiàn)代天體學(xué)研究中,探索N個(gè)粒子在引力相互作用下動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的重要工具。
研究中,團(tuán)隊(duì)將宇宙形成初期的虛擬粒子數(shù)設(shè)定為4.4萬(wàn)億,考察其隨時(shí)間推移、在引力作用模型作用下的聚合、分散運(yùn)動(dòng),獲取共計(jì)約500TB數(shù)據(jù),盡可能還原暗物質(zhì)在宇宙中的真實(shí)演化情況。
從前世界紀(jì)錄的3萬(wàn)億到如今的4.4萬(wàn)億,是粒子數(shù)的海量增加、宇宙演化歷史的更清晰還原,但同時(shí),也是計(jì)算復(fù)雜度的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)、對(duì)計(jì)算機(jī)計(jì)算能力及存儲(chǔ)能力的巨大挑戰(zhàn)。超強(qiáng)性能的交大超算平臺(tái),為項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提供信心與底氣,并支撐其最終摘得科研碩果。
超算,全稱(chēng)“超級(jí)計(jì)算機(jī)”,由成百上千甚至更多的處理器組成,可處理大量數(shù)據(jù)并進(jìn)行模擬,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。2013年,交大超算平臺(tái)π 1.0建成,6年時(shí)間累計(jì)為我校258個(gè)課題組提供服務(wù),運(yùn)行作業(yè)200多萬(wàn)個(gè)。2019年上半年,全新建設(shè)升級(jí)的π 2.0集群投入運(yùn)行。
學(xué)科融合,高質(zhì)量創(chuàng)新成果加速產(chǎn)出
值得一提的是,有別于天文領(lǐng)域當(dāng)前普遍使用國(guó)外開(kāi)發(fā)的數(shù)值模擬軟件,本次模擬使用的N體數(shù)值模擬軟件CUBE,系天文系于浩然團(tuán)隊(duì)自行研發(fā),為自主可控的國(guó)產(chǎn)數(shù)值模擬軟件。
于浩然團(tuán)隊(duì)率先完成核心功能和宇宙學(xué)模型,計(jì)算平臺(tái)服務(wù)團(tuán)隊(duì)將其在π 2.0集群重新實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化,使其具備在超算上進(jìn)行大規(guī)模運(yùn)行的能力。最終CUBE僅使用2萬(wàn)核心便突破世界紀(jì)錄的表現(xiàn),不僅讓很多人期待該軟件在更大規(guī)模的國(guó)家超算上的更多潛力,也見(jiàn)證了“學(xué)科融合”的交大計(jì)算服務(wù)模式的再次成功實(shí)踐。
學(xué)科融合分工合作
專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)提供“研究創(chuàng)新”、“算法創(chuàng)新”,計(jì)算平臺(tái)服務(wù)團(tuán)隊(duì)提供“性能提升”、“數(shù)據(jù)分析”,利用跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)在不同領(lǐng)域各自?xún)?yōu)勢(shì),分工合作、強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合
10倍,100倍,10000倍,材料學(xué)院張瀾庭教授團(tuán)隊(duì),機(jī)動(dòng)學(xué)院孟祥慧教授團(tuán)隊(duì),密西根學(xué)院鮑華團(tuán)隊(duì)……計(jì)算平臺(tái)持續(xù)挑戰(zhàn)軟件優(yōu)化極限,釋放服務(wù)科研“硬核”力量。
當(dāng)前,π 2.0集群已全面融入我校教學(xué)科研活動(dòng)。助力校內(nèi)課程教學(xué),提供一對(duì)一助教支持,輔助完成作業(yè)計(jì)算任務(wù),使學(xué)生在課堂上體驗(yàn)超級(jí)計(jì)算機(jī)的“速度與激情”;覆蓋各學(xué)科門(mén)類(lèi),支撐在海洋學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、航空航天、機(jī)械制造、天體物理等領(lǐng)域科學(xué)研究及工程應(yīng)用,與時(shí)間賽跑,為創(chuàng)新加速。
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