破世界紀錄!交大π 2.0實現天文學N體模擬粒子數新突破

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  上海交通大學網絡信息中心、天文系聯合廈門大學天文系等單位,依托交大超算平臺(π 2.0集群),成功完成4.4萬億粒子的宇宙大尺度結構N體模擬Cosmo-π測試(使用512節點、20480核心),追蹤瞭137億年以來的宇宙演化,並打破此前3萬億粒子數的TianNu數值模擬世界紀錄(使用13824節點、331776 核心),成為目前世界上完成粒子數目最多的天文學N體模擬。

  近日,該項研究成果“CUBE - Towards an Optimal Scaling of Cosmological N-body Simulations”被高性能計算和並行與分佈式系統領域權威國際會議CCGRID 2020收錄,並成為全球唯一入圍IEEE 國際可擴展計算挑戰賽SCALE 2020的解決方案。論文預印版已在arXiv發佈。

論文作者程盛淦(第一作者)、廖秋承、林新華來自上海交通大學網絡信息中心,林新華為論文唯一通訊作者

  交大智慧,

  浩瀚星宇“超大規模”模擬

  千百年來,人類對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,到如今逐漸將九天攬月的夢想寫在深邃太空之上,一代代科學傢投身其中,認識宇宙、推演發展、預測未來。

  本次項目團隊使用的N體模擬(N-body Simulation),正是現代天體學研究中,探索N個粒子在引力相互作用下動力學問題的重要工具。

  研究中,團隊將宇宙形成初期的虛擬粒子數設定為4.4萬億,考察其隨時間推移、在引力作用模型作用下的聚合、分散運動,獲取共計約500TB數據,盡可能還原暗物質在宇宙中的真實演化情況。

  從前世界紀錄的3萬億到如今的4.4萬億,是粒子數的海量增加、宇宙演化歷史的更清晰還原,但同時,也是計算復雜度的指數級增長、對計算機計算能力及存儲能力的巨大挑戰。超強性能的交大超算平臺,為項目團隊提供信心與底氣,並支撐其最終摘得科研碩果。

  超算,全稱“超級計算機”,由成百上千甚至更多的處理器組成,可處理大量數據並進行模擬,應用領域廣泛。2013年,交大超算平臺π 1.0建成,6年時間累計為我校258個課題組提供服務,運行作業200多萬個。2019年上半年,全新建設升級的π 2.0集群投入運行。

  學科融合,

  高質量創新成果加速產出

  值得一提的是,有別於天文領域當前普遍使用國外開發的數值模擬軟件,本次模擬使用的N體數值模擬軟件CUBE,系天文系於浩然團隊自行研發,為自主可控的國產數值模擬軟件。

  於浩然團隊率先完成核心功能和宇宙學模型,計算平臺服務團隊將其在π 2.0集群重新實現和優化,使其具備在超算上進行大規模運行的能力。最終CUBE僅使用2萬核心便突破世界紀錄的表現,不僅讓很多人期待該軟件在更大規模的國傢超算上的更多潛力,也見證瞭“學科融合”的交大計算服務模式的再次成功實踐。

  學科融合分工合作


  專業團隊提供“研究創新”、“算法創新”,計算平臺服務團隊提供“性能提升”、“數據分析”,利用跨學科團隊在不同領域各自優勢,分工合作、強強聯合

  10倍,100倍,10000倍,材料學院張瀾庭教授團隊,機動學院孟祥慧教授團隊,密西根學院鮑華團隊……計算平臺持續挑戰軟件優化極限,釋放服務科研“硬核”力量。

  當前,π 2.0集群已全面融入我校教學科研活動。助力校內課程教學,提供一對一助教支持,輔助完成作業計算任務,使學生在課堂上體驗超級計算機的“速度與激情”;覆蓋各學科門類,支撐在海洋學、生物醫學、材料科學、航空航天、機械制造、天體物理等領域科學研究及工程應用,與時間賽跑,為創新加速。

  除π 2.0集群外,

  網絡信息中心還擁有

  jCloud2.0 雲計算平臺、AI計算平臺,

  三者共同構成

  交大新一代校級計算平臺。

  jCloud2.0 雲計算平臺


  AI 人工智能計算平臺


  擁有一流算力,

  首創學科融合,

  完善用戶服務,

  交大新一代校級計算平臺

  攜手全體師生

  共赴多彩研學旅,

  勇攀科研新高峰。