Frontier超级计算机的计算，为模拟宇宙的常规物理学以及暗物质的神秘行为和特性提供了新的基础。

上个月，一组研究人员用当时世界上最快的超级计算机来解决一个相当大的难题：宇宙中的原子和暗物质的性质。

这台超级计算机被称为“Frontier（前沿）”；最近，一组研究人员最近用它对宇宙进行了迄今为止最大的天体物理模拟。这台超级计算机的模拟大小与大型望远镜天文台进行的调查相对应，而到目前为止，这是不可能的。支持模拟的计算为宇宙物质含量的宇宙学模拟提供了新的基础，从我们看到的一切到只与普通物质引力相互作用的不可见物质。

Frontier超级计算机究竟计算了什么？

Frontier是一台艾级（每秒进行10^18次浮点运算）超级计算机，每秒能够运行百亿亿次计算。 换句话说，这是一台超级强大的机器，值得模拟已知和未知宇宙的物理和进化的艰巨任务。

阿贡国家实验室计算科学部主任萨尔曼·哈比卜（Salman Habib）在橡树岭国家实验室发布的一份报告中说：“如果我们想知道宇宙在做什么，我们需要模拟这两件事：引力以及所有其他物理现象，包括热气体、恒星、黑洞和星系的形成。可以说是天体物理学的‘厨房水槽’。”

据欧洲核子研究中心称，我们所知道的物质 —— 我们能看到的东西，从黑洞到分子云，再到行星和卫星 —— 只占宇宙含量的5%左右。宇宙中更大的一部分只能通过它对可见（或原子）物质的引力效应来推断。这种看不见的物质被称为暗物质，这是一个对一系列粒子和物体的统称，它们可能占宇宙的27%左右。其余68%的宇宙构成是由暗能量构成的，暗能量是宇宙加速膨胀的原因。

Frontier如何改变我们对宇宙的理解？

哈比卜说：“如果我们用像智利的鲁宾天文台这样的大型望远镜来模拟宇宙的一大块，你就会看到巨大的时间块 —— 数十亿年的膨胀。直到最近，我们甚至无法想象进行如此大规模的模拟，除非是在只有重力的近似情况下。”

在上面的图中，左边的图像显示了数十亿年来在一个包含星系团的区域中膨胀的宇宙的演化，右边的图像显示了该图像的一个部分中星系随时间的形成和运动。

橡树岭领导力计算设施的科学主任布朗森·梅塞尔在一份实验室新闻稿中说：“这不仅是物理域的庞大规模，这对于与艾级计算实现的现代调查观测进行直接比较是必要的。这也是包括重子和所有其他动态物理学的额外物理现实主义，使这一模拟成为Frontier的真正杰作。”

“Frontier”不再是世界上最快的超级计算机

Frontier是能源部使用的几台百亿亿次超级计算机之一，由9400多个CPU和37000多个GPU组成。它位于橡树岭国家实验室，尽管最近的模拟是由阿贡国家实验室的研究人员进行的。

“Frontier”项目的结果之所以成为可能，要归功于这台超级计算机的代码 —— 硬件/混合加速宇宙学代码（HACC）。这个已有15年历史的代码是美国能源部耗资18亿美元、历时8年的百亿亿次计算项目的一部分，该项目于今年结束。

模拟结果于上个月公布，当时Frontier仍然是世界上最快的超级计算机。但不久之后，El Capitan超级计算机超越了Frontier，成为世界上最快的超级计算机。根据劳伦斯利弗莫尔国家实验室发布的数据，El Capitan的验证速度为每秒1.742百亿亿次计算，总峰值性能为每秒2.79百亿亿次计算。

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