研究人員如何運用 18,000 個 GPU 模擬天體物理學界最耀眼的

作者 Brian Caulfield

從行星、黑洞甚至是銀河所流竄出的「粒子流」距離非常長,必須用光年來計算。此驚奇的天體結構與地球之間相距甚遠,讓此天文現象有著既神秘又令人著迷的樣貌。而現在,一切有了轉變。

搭載 Tesla 的 Titan 超級電腦有助於研究人員更加瞭解宇宙中這個令人嘆為觀止的景象。
搭載 Tesla 的 Titan 超級電腦有助於研究人員
更加瞭解宇宙中這個令人嘆為觀止的景象。

在美國丹佛市舉辦的 2013 年超級運算大會中,德國研究人員 Michael Bussman於 NVIDIA 的 GPU Technology Theater 中講解他的團隊如何在美國 Oka Ridge 國家實驗室中運用搭載 Tesla 的 NVIDIA Titan 超級電腦,進一步瞭解此夜空中最驚人的奇觀。

Bussman 的團隊來自 Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossen 研究實驗室,其研究成果進入了超級運算領域中最高殊榮 - 2013 年戈登貝爾獎 (Gordon Bell Prize) 的決賽。

研究團隊以開爾文‧亥姆霍茲不穩定性 (Kelvin-Helholtz Instability,簡稱 KHI) 的模型為起點,該現象是在電漿噴流碰撞時發生。KHI 模擬的執行方法與流體的模擬方式大致相同。這是因為電磁場內的電磁場運作方式與液流內的電流非常相似。

問題: 團隊必須計算個別粒子的行為,因為其會產生磁場,進而改變粒子的動作。也就是說,必須建立粒子之間的互動模型。

Titan 在此就可派上用場: Bussman 的團隊運用設備中約 18,000 個 GPU 來建立非磁化氫電漿流 (由750 億個粒子組成) 的模型,並由此建立這些噴流產生之輻射的模型。

運算結果非常龐大,Bussman 表示這是目前最高解析度的動力 KHI 模擬。這都要歸功於 Titan 的 GPU,因為它能重複進行所需的計算,建構模擬的速度比任何 CPU 都快。

現在,科學家終於能一窺這些噴流的輻射,並與 Bussman 的模擬成果進行比較。在 Bussman 模型中找到相符的模式後,科學家就能更加瞭解這些粒子行為,並利用接地儀器捕捉這些輻射。