Pela primeira vez, um computador de alta performance permitirá simular ondas gravitacionais, campos magnéticos e a física de neutrinos de estrelas de nêutrons simultaneamente.
A divisão de Astrofísica Relativística Computacional do Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein / AEI), em Potsdam, recentemente colocou em funcionamento um cluster computacional de 11.600 núcleos de CPU. O novo cluster de alto desempenho chamado Sakura está localizado no Centro de Computação e Dados Max Planck (MPCDF) em Garching e será usado para simulações numéricas-relativísticas de poderosos eventos astrofísicos. Quando estrelas de nêutrons nascem em supernovas de colapso do núcleo ou se fundem umas com as outras mais tarde, grandes quantidades de ondas eletromagnéticas, neutrinos e ondas gravitacionais são emitidas. Os processos astrofísicos subjacentes não são bem compreendidos e requerem a resolução de equações diferenciais parciais altamente complexas, não lineares. Com a Sakura, os cientistas realizarão simulações fisicamente precisas e de alta resolução para melhorar significativamente nossa compreensão do processo binário de fusão de estrelas de nêutrons e a formação de buracos negros.
A divisão de Astrofísica Relativística Computacional da AEI concentra-se em simulações numérico-relativistas de eventos astrofísicos que geram ondas gravitacionais e radiação eletromagnética resolvendo equações de Einstein e equações de matéria da relatividade geral em computadores de alto desempenho. Essas simulações desempenham um papel crucial na previsão de formas de onda gravitacionais precisas para a pesquisa nos dados do detector e para a exploração de fenômenos de alta energia, como rajadas de raios gama e kilonovas. Usando computadores mais poderosos, os cientistas podem levar em conta a física mais complicada necessária para entender os fenômenos astrofísicos. Um dos objetivos ambiciosos dos cientistas é realizar uma simulação fisicamente precisa e de alta resolução para entender como as estrelas binárias de nêutrons se fundem.
“Os clusters de computadores de alto desempenho são nossos laboratórios virtuais”, diz Masaru Shibata, diretor da divisão de Astrofísica Relativística Computacional. “Não podemos criar estrelas de nêutrons em um laboratório, deixá-las fundir e monitorar o que acontece. Mas podemos prever o que ocorrerá durante a coalescência de duas estrelas de nêutrons, levando em conta todos os processos importantes e resolvendo com precisão as equações correspondentes que descrevem seu comportamento” Esses cálculos exigem uma quantidade enorme de poder de computação e geralmente duram vários meses, mesmo em computadores muito grandes. Com a Sakura, agora temos 11.600 núcleos de CPU com 0,9 petaFLOP / s para essas simulações numéricas à nossa disposição. “
Em cálculos anteriores, os cientistas não foram capazes de levar em conta os efeitos dos campos magnéticos e da física dos neutrinos em uma simulação. Masaru Shibata explica: “Além do fato de que o código ainda está em desenvolvimento, os recursos computacionais desempenham um papel crucial. Com o novo computador grande, achamos possível realizar uma simulação levando em conta os campos magnéticos e a física dos neutrinos e obter o imagem completa da física da fusão de estrelas de neutrões “.
Além do novo cluster de computadores de alto desempenho Sakura (“cherry blossom” em japonês) em Garching, a divisão opera dois servidores de computação menores no AEI em Potsdam: “Yamazaki” (a palavra japonesa para “montanhas”) e “Tani” ( que significa “vale” em japonês). “Nós executamos pequenos trabalhos em computadores pequenos”, explica Masaru Shibata. “Usamos nosso poder interno de computador para desenvolver os códigos de computação e para execuções de teste.” A infraestrutura local também é necessária para a análise de dados das simulações realizadas no centro de computação Garching.
Especificações técnicas
Sakura em Garching faz parte da infraestrutura do Centro de Computação MPCDF e está integrado em uma rede Omnipath-100 rápida e conexões Ethernet 10Gb. Ele consiste de nós principais com processadores Intel Xeon Silver 10 e memória principal de 192 GB a 384 GB, além de nós de computação com CPUs Intel Xeon Gold 6148.
Os servidores de computação da Yamazaki em Potsdam são 13 nós autônomos com processadores Intel Xeon Gold QuadCore (18 núcleos por processador, 4 processadores por servidor) e 192 a 256 GB de memória principal.
Para armazenar, trabalhar e analisar partes menores dos resultados de simulação do cluster Garching (60 Terabytes a cada 3 meses), um armazenamento de 500 TB chamado Tani (2 JBODS com 60 Discos, cada 10 TB em uma redundância Raid-1) é usado em AEI em Potsdam.
Publicado em 11/07/2019
Artigo original https://phys.org/news/2019-07-virtual-laboratory-merging-neutron-stars.html
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