超级计算机助科学家展开研究工作

　　据外媒报道，在宇宙中一些最小、密度最大的恒星的中心存在着可能以前所未见的奇异相存在的核物质。中子星是大质量恒星核心在一次发光的超新星爆炸中坍塌时形成，科学家们认为中子星所包含的物质的能量大于粒子加速器实验如大型强子对撞机和相对论重离子对撞机所能达到的能量。

　　虽然科学家们无法在地球上重现这些极端条件，但他们可以利用中子星作为现成的实验室来更好地了解外来物质。许多中子星的直径只有12.5英里，但质量却是太阳的1.4到2倍，模拟中子星可以帮助我们人类了解可能存在于它们内部的物质并提供线索以了解它们在如此密度下的行为。

　　由石溪大学的Michael Zingale领导的一个核天体物理学家团队正在使用橡树岭领导计算设施(OLCF)的IBM AC922 Summit–这是美国最快的超级计算机–来模拟一种被称为X射线爆炸的中子星现象。这是一种热核爆炸，发生在中子星的表面，当它的引力场将足够多的物质从附近的恒星上拉下来时出现。现在，该团队已经模拟了2D X射线火焰在中子星表面的移动，这样能帮助研究人员确定下火焰在不同条件下是如何作用的。模拟这一天体物理现象为科学家提供了可以帮助他们更好地测量中子星半径的数据。

　　研究小组发现，不同的初始模型和物理原理会导致不同的结果。在该项目的下一阶段，该团队计划在研究结果的基础上运行一个大型3D模拟以获得更准确的X射线爆发现象的图像。

　　改变物理

　　由于中子星模拟需要大量的物理输入，因此需要大量的计算能力。即使在峰顶，研究人员也只能模拟出中子星表面的一小部分。

　　为了准确地理解火焰的行为，Zingale的团队利用Summit为中子星下面的各种特征建立了火焰模型。该团队的模拟是在Innovative and Novel Computational Impact on Theory and Experiment(INCITE)计划的计算时间分配下完成的。该团队通过改变表面温度和自转速率来代替不同的吸积速率，即恒星从附近恒星积累额外物质时质量增加的速度。

　　石溪大学博士后研究员、论文第一作者Alice Harpole表示，该团队模拟了一个更热的地壳以此获得了意想不到的结果。

　　“这个项目最令人兴奋的结果之一是我们在模拟中改变地壳温度时所看到的。在我们之前的工作中，我们使用的是更冷的地壳。我认为虽然使用更热的外壳可能会有不同，但实际上看到温度上升产生的不同是非常有趣的，”Harpole说道。

　　更大规模的计算和更高的复杂度

　　该团队在美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)的OLCF的Summit上模拟了X射线爆发火焰现象。劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)本科生科学实验室实习项目实习生Nicole Ford在美国国家能源研究科学计算中心(NERSC)的Cori超级计算机上进行了补充模拟。OLCF和NERSC都是能源部科学办公室的用户设施，分别位于ORNL和LBNL。

　　在水平方向上模拟9216个网格单元和在垂直方向上模拟1536个网格单元需要大量的计算能力。团队成员在团队完成模拟后利用OLCF的Rhea系统来分析和绘制他们的结果。

　　在Summit上，该团队在百亿亿级库的自适应网格细化(AMReX)中使用了Castro代码–它能对爆炸性天体物理现象进行建模，这使得团队成员能在网格的不同部分实现不同的分辨率。AMReX是百亿亿次计算项目正在开发的库之一，该项目旨在使科学应用程序在能源部即将推出的百亿亿次系统上运行。据悉，百亿亿次系统能以每秒1018次的速度进行运算。

　　AMReX提供了一个在超级计算机上并行化的框架，但Castro并不总是能够利用GPU，这使得Summit对科学研究如此有吸引力。该团队参加了由OLCF支持的、在布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)和ORNL举行的黑客马拉松以获得将代码移植到Summit的GPU上的帮助。

　　团队表示，他们计划运行的即将到来的3D模拟不仅需要GPU，而且还会消耗掉团队全年INCITE的几乎全部时间。

　　Zingale说道：“我们需要竭尽所能。幸运的是，我们已经从这些2D模拟中了解到3D模拟需要做什么，所以我们为下一个大的努力做好了准备。”