Ein bahnbrechender Astrophysik-Code namens Octo-Tiger simuliert die Entwicklung selbstgravitierender und rotierender Systeme beliebiger Geometrie mithilfe adaptiver Netzverfeinerung und einer neuen Methode zur Parallelisierung des Codes, um überlegene Geschwindigkeiten zu erzielen.
Dieser neue Code zur Modellierung von Sternenkollisionen ist schneller als der etablierte Code für numerische Simulationen. Die Forschung ergab sich aus einer einzigartigen Zusammenarbeit zwischen experimentellen Informatikern und Astrophysikern am Institut für Physik und Astronomie der Louisiana State University, am LSU-Zentrum für Berechnung und Technologie, an der Indiana University Kokomo und an der Macquarie University in Australien, die in mehr als einem Jahr Benchmark-Tests gipfelte und wissenschaftliche Simulationen, die durch mehrere NSF-Zuschüsse unterstützt werden, darunter eine, die speziell entwickelt wurde, um die Barriere zwischen Informatik und Astrophysik zu durchbrechen.
“Dank der erheblichen Anstrengungen in dieser Zusammenarbeit verfügen wir jetzt über einen zuverlässigen Rechenrahmen, um Sternfusionen zu simulieren”, sagte Patrick Motl, Professor für Physik an der Indiana University Kokomo. “Indem wir die Rechenzeit für die Fertigstellung einer Simulation erheblich reduzieren, können wir neue Fragen stellen, die nicht beantwortet werden konnten, wenn eine Single-Merger-Simulation kostbar und sehr zeitaufwändig war. Wir können mehr Parameterraum erkunden und eine Simulation auf sehr hohem Niveau untersuchen räumliche Auflösung oder für längere Zeit nach einer Fusion, und wir können die Simulationen um vollständigere physikalische Modelle erweitern, indem wir beispielsweise Strahlungstransfer einbeziehen. “
Kürzlich veröffentlicht in Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society“Octo-Tiger: Ein neuer hydrodynamischer 3D-Code für stellare Fusionen, der HPX-Parallelisierung verwendet”, untersucht die Codeleistung und -präzision durch Benchmark-Tests. Die Autoren, Dominic C. Marcello, Postdoktorand; Sagiv Shiber, Postdoktorand; Juhan Frank, Professor; Geoffrey C. Clayton, Professor; Patrick Diehl, Wissenschaftler; und Hartmut Kaiser, Forscher an der Louisiana State University – zusammen mit den Mitarbeitern Orsola De Marco, Professor an der Macquarie University und Patrick M. Motl, Professor an der Indiana University Kokomo – verglichen ihre Ergebnisse mit analytischen Lösungen, sofern bekannt und anderen Raster -basierte Codes wie der beliebte FLASH. Darüber hinaus berechneten sie die Wechselwirkung zwischen zwei weißen Zwergen vom frühen Stofftransfer bis zur Fusion und verglichen die Ergebnisse mit früheren Simulationen ähnlicher Systeme.
“Ein Test auf Australiens schnellstem Supercomputer, Gadi (Platz 25 in der Top 500-Liste der Welt), ergab, dass Octo-Tiger mit einer Kernzahl von über 80.000 eine hervorragende Leistung für große Modelle verschmelzender Sterne aufweist”, sagte De Marco. “Mit Octo-Tiger können wir die Wartezeit nicht nur drastisch reduzieren, sondern unsere Modelle können auch viele weitere Fragen beantworten, die uns gerne gestellt werden.”
Octo-Tiger ist derzeit optimiert, um die Verschmelzung gut aufgelöster Sterne zu simulieren, die durch barotrope Strukturen wie weiße Zwerge oder Hauptreihensterne angenähert werden können. Der Schwerkraftlöser bewahrt dank eines Korrekturalgorithmus den Drehimpuls für die Maschinengenauigkeit. Dieser Code verwendet die HPX-Parallelisierung, die die Überlappung von Arbeit und Kommunikation ermöglicht und zu hervorragenden Skalierungseigenschaften führt, um große Probleme in kürzeren Zeiträumen zu lösen.
“Dieses Dokument zeigt, wie ein asynchrones aufgabenbasiertes Laufzeitsystem als praktische Alternative zur Message Passing Interface verwendet werden kann, um ein wichtiges astrophysikalisches Problem zu unterstützen”, sagte Diehl.
Die Forschung skizziert die aktuellen und geplanten Entwicklungsbereiche, die darauf abzielen, eine Reihe physikalischer Phänomene anzugehen, die mit der Beobachtung von Transienten verbunden sind.
“Während unser besonderes Forschungsinteresse auf Sternfusionen und deren Folgen liegt, gibt es eine Reihe von Problemen in der rechnergestützten Astrophysik, die Octo-Tiger mit seiner Basisinfrastruktur für selbstgravitierende Flüssigkeiten angehen kann”, sagte Motl.
Die Animation (https://www.youtube.com/watch?v=hg9MQNLLJw4) wurde von Shiber erstellt, der sagt: “Octo-Tiger zeigt eine bemerkenswerte Leistung sowohl bei der Genauigkeit der Lösungen als auch bei der Skalierung auf Zehntausende von Kernen Diese Ergebnisse zeigen, dass Octo-Tiger ein idealer Code für die Modellierung des Stofftransfers in binären Systemen und für die Simulation von Sternfusionen ist. “
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