في الشهر الماضي، وضع فريق من الباحثين أسرع كمبيوتر عملاق في العالم آنذاك للعمل على مأزق كبير: طبيعة المادة الذرية والمظلمة في الكون.
يُطلق على الكمبيوتر العملاق اسم Frontier؛ ومؤخرًا، استخدمه فريق من الباحثين لإجراء أكبر محاكاة فيزيائية فلكية للكون حتى الآن. يتوافق حجم محاكاة الكمبيوتر العملاق مع المسوحات التي أجرتها مراصد التلسكوب الكبيرة، والتي لم تكن ممكنة حتى هذه اللحظة. توفر الحسابات التي تقوم عليها عمليات المحاكاة أساسًا جديدًا للمحاكاة الكونية لمحتوى المادة في الكون، بدءًا من كل ما نراه إلى الأشياء غير المرئية التي تتفاعل فقط مع المادة العادية عن طريق الجاذبية.
ما الذي قام الكمبيوتر العملاق Frontier بحسابه بالضبط؟
فرونتير هو حاسوب عملاق من فئة إكساسكيل، قادر على إجراء كوينتيليون (مليار مليار) عملية حسابية في الثانية. وبعبارة أخرى، آلة عصير تستحق المهمة الضخمة التي تحاكي فيزياء وتطور كل من الكون المعروف وغير المعروف.
وقال سلمان حبيب: “إذا أردنا أن نعرف ما الذي يفعله الكون، فنحن بحاجة إلى محاكاة هذين الأمرين: الجاذبية بالإضافة إلى جميع الفيزياء الأخرى بما في ذلك الغاز الساخن، وتكوين النجوم والثقوب السوداء والمجرات”. مدير قسم العلوم الحسابية في مختبر أرجون الوطني، في إصدار مختبر أوك ريدج الوطني. “حوض المطبخ” الفيزيائي الفلكي إذا جاز التعبير.
المادة التي نعرفها – الأشياء التي يمكننا رؤيتها، من الثقوب السوداء إلى السحب الجزيئية إلى الكواكب والأقمار – تمثل حوالي 5٪ فقط من محتوى الكون، وفقًا لـ CERN. لا يمكن الاستدلال على جزء أكبر من الكون إلا من خلال تأثيرات الجاذبية التي يبدو أنها تحدثها على المادة المرئية (أو الذرية). يُطلق على هذا الجزء غير المرئي اسم المادة المظلمة، وهو مصطلح شامل لعدد من الجسيمات والأشياء التي يمكن أن تكون مسؤولة عن حوالي 27% من الكون. تُعزى نسبة 68% المتبقية من تركيبة الكون إلى الطاقة المظلمة، المسؤولة عن تسارع معدل توسع الكون.
كيف تغير الحدود فهمنا للكون؟
قال حبيب: “إذا أردنا محاكاة جزء كبير من الكون الذي تم مسحه بواسطة أحد التلسكوبات الكبيرة مثل مرصد روبين في تشيلي، فأنت تتحدث عن النظر إلى أجزاء ضخمة من الزمن – مليارات السنين من التوسع”. “حتى وقت قريب، لم يكن بوسعنا حتى أن نتخيل إجراء مثل هذه المحاكاة الكبيرة كهذه باستثناء تقريب الجاذبية فقط.”
في الرسم العلوي، تظهر الصورة اليسرى تطور الكون المتوسع على مدى مليارات السنين في منطقة تحتوي على مجموعة من المجرات، والصورة اليمنى توضح تكوين وحركة المجرات عبر الزمن في قسم واحد من تلك الصورة.
قال برونسون ميسر، مدير العلوم في مؤسسة أوك ريدج للحوسبة القيادية، في بيان مختبري: “لا يقتصر الأمر على الحجم الهائل للمجال المادي، وهو أمر ضروري لإجراء مقارنة مباشرة مع ملاحظات المسح الحديثة التي تم تمكينها بواسطة حوسبة الإكساسكيل”. “إنها أيضًا الواقعية الفيزيائية المضافة المتمثلة في تضمين الباريونات وجميع الفيزياء الديناميكية الأخرى التي تجعل من هذه المحاكاة بمثابة جولة حقيقية من القوة لـ Frontier.”
لم يعد Frontier أسرع كمبيوتر خارق في العالم
يعد Frontier واحدًا من العديد من أجهزة الكمبيوتر العملاقة ذات الإكساسكيل التي تستخدمها وزارة الطاقة، ويضم أكثر من 9400 وحدة معالجة مركزية وأكثر من 37000 وحدة معالجة رسوميات. إنه موجود في مختبر أوك ريدج الوطني، على الرغم من أن عمليات المحاكاة الأخيرة أجراها باحثون في أرجون.
كانت نتائج Frontier ممكنة بفضل كود الكمبيوتر العملاق، كود علم الكونيات المتسارع للأجهزة/الهجين (أو HACC). تم تحديث الكود البالغ من العمر خمسة عشر عامًا كجزء من مشروع حوسبة إكساسكيل الذي تبلغ قيمته 1.8 مليار دولار أمريكي والذي امتد لثماني سنوات لوزارة الطاقة، والذي انتهى هذا العام.
تم الإعلان عن نتائج عمليات المحاكاة الشهر الماضي، عندما كان Frontier لا يزال أسرع كمبيوتر عملاق في العالم. ولكن بعد فترة وجيزة، تفوق الكمبيوتر العملاق El Capitan على Frontier باعتباره أسرع كمبيوتر في العالم. تم التحقق من El Capitan عند 1.742 كوينتيليون عملية حسابية في الثانية، مع إجمالي أداء ذروة يبلغ 2.79 كوينتيليون عملية حسابية في الثانية، وفقًا لإصدار مختبر لورانس ليفرمور الوطني.