Прорыв кода астрофизики работает над быстрым моделированием столкновений звезд

Предоставлено: Сагив Шибер, LSU.

«Octo-Tiger», усовершенствованный астрофизический код, моделирует эволюцию автономных гравитационных и вращательных систем произвольной геометрии с использованием адаптивной оптимизации сети и нового метода балансировки лопастей для достижения сверхвысоких скоростей.

Этот новый код для моделирования столкновений звезд работает быстрее, чем код, используемый для численного моделирования. Исследование стало результатом уникального сотрудничества между экспериментальными компьютерными учеными и астрофизиками из факультета физики и астрономии ЛГУ, Центра вычислений и технологий ЛГУ, Университета Индианы Кокомо и Университета Маккуори, Австралия, и завершилось более чем годом стандартизированных испытаний и испытаний. научное моделирование, поддерживаемое несколькими грантами NSF, включая грант, специально разработанный для преодоления барьера между информатикой и астрофизикой.

«Благодаря огромным усилиям в рамках этого сотрудничества у нас теперь есть надежная алгоритмическая структура для моделирования звездных слияний», — сказал Патрик Мотель, профессор физики в Университете Индианы Кокомо. «За счет значительного сокращения времени вычислений для завершения моделирования мы можем начать задавать новые вопросы, которые не могли быть решены, когда моделирование одиночного синтеза было слишком драгоценным и требовало много времени. Мы могли исследовать больше пространства параметров, исследовать моделирование с очень большим пространственным точности или в течение более длительных периодов времени после слияния. Мы можем расширить моделирование до более полных физических моделей, например, путем интеграции переноса излучения ».

В этом фильме представлена ​​симуляция двух человек с окто-тигром. белый Гном Звезды вращаются по орбите друг вокруг друга. Мы смотрим на две звезды, когда они начинают сливаться. Цвет показывает, насколько плотен газ на орбите или в средней плоскости, коричневый цвет указывает на наиболее плотный газ, а синий — на наименее плотный. Стрелки указывают скорость газа. Красные стрелки соответствуют скорости до 1000 км / с, а синие стрелки соответствуют скорости до 1 км / с. Время в секундах отображается в верхнем левом углу. Изначально двоичная система совершает оборот по орбите каждые две минуты, а общее время моделирования составляет менее двух часов, что представляет собой последние часы жизни этой двоичной системы перед слиянием. Предоставлено: Сагив Шибер, LSU.

«Octo-Tiger: новый трехмерный гидродинамический код для звездных слияний с использованием распараллеливания HPX», недавно опубликованный в «Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества», исследует производительность и точность кода с помощью эталонного теста. Авторы d. Доминик К. Марсело — доктор наук. Саджив Шайбер, научный сотрудник, д-р. Иоганн Франк профессор; Джеффри К. Клейтон, профессор; Доктор .. Доктор .. Патрик Делл, научный сотрудник; И доктор Хартмут Кайзер, научный сотрудник из Университета штата Луизиана, вместе с соавторами доктором Урсулой де Марко, профессором Университета Маккуори и доктором Патриком М. Мотеллом, профессором Университета Индианы Кокомо, сравнивают свои результаты с аналитическими решениями, когда они знаете, и другие сетевые коды вроде знаменитой FLASH. Кроме того, они рассчитали взаимодействие двух белых карликов от раннего массопереноса до включения и сравнили результаты с предыдущими симуляциями подобных систем.

«Тест на самом быстром суперкомпьютере Австралии, Gadi (№ 25 в списке 500 лучших в мире), показал, что Octo-Tiger, имеющий более 80 000 ядер, демонстрирует отличную производительность для больших встраиваемых звездообразных моделей», — сказал де Марко. «С Octo-Tiger мы не только можем значительно сократить время ожидания, но и наши модели могут ответить на многие вопросы, которые нас волнуют».

Octo-Tiger в настоящее время оптимизирован для моделирования слияния звезд с хорошим разрешением, которое можно аппроксимировать баротропными структурами, такими как белые карлики или звезды главной последовательности. Гравитационный решатель поддерживает точный угловой момент инструмента благодаря алгоритму коррекции. В этом коде используется параллелизм HPX, который позволяет перекрывать бизнес и возможности подключения и обеспечивает отличные свойства масштабирования для решения больших проблем в более короткие сроки.

«В этой статье показано, как асинхронную систему выполнения, основанную на задачах, можно использовать в качестве жизнеспособной альтернативы интерфейсу передачи сообщений для решения важной астрофизической проблемы», — сказал Дил.

В исследовании определены текущие и планируемые области развития, направленные на рассмотрение ряда физических явлений, связанных с наблюдениями за переходными процессами.

«Хотя наши особые исследовательские интересы сосредоточены на слиянии звезд и их последствиях, в вычислительной астрофизике есть множество проблем, которые Octo-Tiger может решить с помощью своей основной инфраструктуры самогравитационной жидкости», — сказал Мотл.

Анимация ниже была подготовлена ​​Шибером, который сказал: «Octo-Tiger показывает отличную производительность в обоих Здоровье От решений и масштабирования до десятков тысяч ядер. Эти результаты иллюстрируют Octo-Tiger как идеальный код для моделирования массопереноса в двойных системах и для моделирования слияния звезд. «

Ссылка: «Octo-Tiger: новый трехмерный гидродинамический код для звездных слияний с использованием HPX-параллелизма» Доминик К. Марчелло, Саджиф Шайбер, Урсула де Марко, Иоганн Франк, Джеффри К. Клейтон, Мотель Патрик М, Патрик Делл и Хартмут Кайзер, 10 апреля 2021 г., Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества.
DOI: 10.1093 / mnras / stab937