दुनिया का दूसरा सबसे तेज सुपरकंप्यूटर ब्रह्मांड का अब तक का सबसे बड़ा सिमुलेशन

Science साइंस: दुनिया का दूसरा सबसे तेज़ सुपरकंप्यूटर - यह इस महीने की शुरुआत में अपनी प्रतिद्वंद्वी मशीन के ऑनलाइन आने से पहले सबसे तेज़ हुआ करता था - ने आज तक ब्रह्मांड का सबसे जटिल कंप्यूटर सिमुलेशन बनाया है। इस सिमुलेशन का लक्ष्य शोधकर्ताओं द्वारा वर्णित "कॉस्मोलॉजिकल हाइड्रोडायनामिक्स" का परीक्षण करना है।

सुपरकंप्यूटर को फ्रंटियर के नाम से जाना जाता है, यह ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी में रहता है - और यह एक बहुत ही बढ़िया डिवाइस है। पहला एक्सास्केल सुपरकंप्यूटर बनने के लिए बनाया गया, यह 1.1 एक्साफ्लॉप्स तक प्रदर्शन कर सकता है, जो प्रति सेकंड 1.1 क्विंटिलियन (10^18, या 1,100,000,000,000,000,000) फ़्लोटिंग-पॉइंट ऑपरेशन के बराबर है। यह 9,472 AMD सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट (CPU) और 37,888 AMD ग्राफ़िक्स प्रोसेसिंग यूनिट (GPU) से बना है। (यह CPU और GPU दोनों की एक चौंका देने वाली मात्रा है)। AMD वेबसाइट के अनुसार, फ्रंटियर दुनिया का सबसे तेज़ सुपरकंप्यूटर था, जब तक कि लॉरेंस लिवरमोर नेशनल लेबोरेटरी में स्थित एल कैपिटन नामक एक अन्य सुपरकंप्यूटर ने नवंबर 2024 में 1.742 एक्साफ्लॉप्स के साथ इसे पीछे नहीं छोड़ दिया। इलिनोइस में यू.एस. ऊर्जा विभाग की आर्गन नेशनल लेबोरेटरी की एक टीम, जिसका नेतृत्व कम्प्यूटेशनल साइंस के लिए आर्गन डिवीजन के निदेशक सलमान हबीब ने किया, ने फ्रंटियर पर अपने हार्डवेयर/हाइब्रिड एक्सेलेरेटेड कॉस्मोलॉजी कोड (HACC) का इस्तेमाल किया।

लगभग 15 साल पहले पहली बार विकसित किया गया, HACC ब्रह्मांड के विकास को मॉडल करता है, और इसका कोड इस तरह से लिखा गया था कि इसे किसी भी समय सबसे तेज़ सुपरकंप्यूटर के लिए अनुकूलित किया जा सके। HACC को शुरू में पेटास्केल सुपरकंप्यूटर (क्वाड्रिलियन FLOPS की क्षमता) पर तैनात किया गया था, जो फ्रंटियर और एल कैपिटन से कम शक्तिशाली हैं। उदाहरण के लिए, आर्गन टीम द्वारा एक परियोजना HACC का उपयोग करके समिट सुपरकंप्यूटर पर तीन अलग-अलग ब्रह्मांड विज्ञानों का मॉडल बनाना था, एक पेटास्केल कंप्यूटर जो नवंबर 2018 और जून 2020 के बीच दुनिया में सबसे तेज़ था। तीनों सिमुलेशन का नाम स्टार ट्रेक ब्रह्मांड के ग्रहों के नाम पर रखा गया था: क्यूनोस सिमुलेशन (क्लिंगन होमवर्ल्ड के नाम पर) ने ब्रह्मांड को ब्रह्मांड विज्ञान के मानक मॉडल का उपयोग करके मॉडल किया (जिसमें डार्क एनर्जी और कोल्ड डार्क मैटर दोनों के बारे में गणना शामिल है); वल्कन सिमुलेशन में बड़े पैमाने पर न्यूट्रिनो शामिल थे, और फेरेंगिनार सिमुलेशन (फेरेंगी होमवर्ल्ड के नाम पर) ने एक ऐसे ब्रह्मांड की खोज की, जहाँ डार्क एनर्जी स्थिर नहीं थी, बल्कि समय के साथ बदलती रही।

समिट सिमुलेशन के परिणामों से पता चला कि जब डार्क एनर्जी बदलती है तो यह शुरुआती ब्रह्मांड में आकाशगंगाओं के मजबूत क्लस्टरिंग को जन्म दे सकती है - कुछ ऐसा जो खगोलविद उच्च-रेडशिफ्ट आकाशगंगा सर्वेक्षणों में देख सकते हैं, जिसका अर्थ है आकाशगंगा सर्वेक्षण जो अत्यंत दूर के ब्रह्मांड की जेबों को देखते हैं। हबीब ने एक बयान में कहा, "अगर हम चिली में रुबिन वेधशाला जैसी बड़ी दूरबीनों में से किसी एक द्वारा सर्वेक्षण किए गए ब्रह्मांड के एक बड़े हिस्से का अनुकरण करते हैं, तो आप समय के विशाल हिस्सों को देखने की बात कर रहे हैं - अरबों वर्षों का विस्तार।" "हाल ही तक, हम गुरुत्वाकर्षण-केवल सन्निकटन को छोड़कर इस तरह के बड़े सिमुलेशन की कल्पना भी नहीं कर सकते थे।" गुरुत्वाकर्षण के अलावा अन्य बलों और प्रभावों को शामिल करने के लिए अधिक शक्तिशाली सिमुलेशन की आवश्यकता थी, और यहीं पर फ्रंटियर आता है, जिसे एक्सास्केल कंप्यूटिंग को निधि देने के लिए एक्सास्काई नामक ऊर्जा विभाग की $1.8 बिलियन की परियोजना द्वारा समर्थित किया जाता है। ब्रह्मांड विज्ञान के मानक मॉडल में, दो घटक हावी हैं: डार्क मैटर और डार्क एनर्जी।

जिस पदार्थ से आप और मैं बने हैं - तथाकथित बैरियोनिक पदार्थ - ब्रह्मांड में पदार्थ और ऊर्जा का 5% से भी कम हिस्सा बनाता है। हबीब ने कहा, "इसलिए, अगर हम जानना चाहते हैं कि ब्रह्मांड क्या कर रहा है, तो हमें इन दोनों चीजों [डार्क मैटर और डार्क एनर्जी] का अनुकरण करने की आवश्यकता है ... गुरुत्वाकर्षण के साथ-साथ गर्म गैस और सितारों, ब्लैक होल और आकाशगंगाओं के निर्माण सहित अन्य सभी भौतिकी।" वह इसे "खगोल भौतिकी की रसोई सिंक" कहते हैं। ये ... वे हैं जिन्हें हम ब्रह्मांड संबंधी हाइड्रोडायनामिक्स सिमुलेशन कहते हैं।"

HACC को फ्रंटियर पर संचालन के लिए तैयार करने के लिए, ExaSky परियोजना की आवश्यकताएँ थीं कि HACC को टाइटन की तुलना में फ्रंटियर पर कम से कम 50 गुना तेज़ चलना चाहिए, जो 2012 में दुनिया का सबसे तेज़ सुपरकंप्यूटर था जब HACC को मूल रूप से विकसित किया जा रहा था। फ्रंटियर पर अपने ड्राई रन के दौरान, HACC ने उस आवश्यकता को पानी से उड़ा दिया, जो लगभग 300 गुना तेज़ साबित हुआ।

ओक रिज लीडरशिप कंप्यूटिंग फैसिलिटी में विज्ञान के निदेशक ब्रोंसन मेसर ने "बैरियन और अन्य सभी गतिशील भौतिकी को शामिल करने की भौतिक यथार्थवादिता को जोड़ने के लिए HACC को श्रेय दिया है, जो इस सिमुलेशन को फ्रंटियर के लिए एक सच्चा टूर डे फोर्स बनाता है।"

सिमुलेशन, जो खगोलीय समुदाय के लिए सुलभ बनाए जाएंगे, शोधकर्ताओं को उनके ब्रह्मांड संबंधी मॉडल का पता लगाने, डार्क मैटर की प्रकृति, डार्क एनर्जी की ताकत के बारे में सवाल पूछने या संशोधित न्यूटोनियन डायनेमिक्स (MOND) जैसे गुरुत्वाकर्षण के वैकल्पिक मॉडल का अनुसरण करने की अनुमति देंगे। फिर सिमुलेशन की तुलना वास्तविक खगोलीय सर्वेक्षणों से की जा सकती है, ताकि यह निर्धारित किया जा सके कि कौन सा मॉडल अवलोकनों के लिए सबसे उपयुक्त है।