Le laboratoire national d’Argonne, qui dépend du Département de l’Énergie des États-Unis, a annoncé lundi deux simulations cosmologiques réalisées sur le supercalculateur exaflopique Aurora, chacune avec 13,4 billions de particules de matière noire. Par leur nombre de particules, il s’agit des plus vastes simulations cosmologiques individuelles jamais réalisées, selon le laboratoire.
Aurora compte 10 624 nœuds et 63 744 GPU. Chaque simulation a couvert une région de 28,6 milliards d’années-lumière de large, selon Argonne, et a mobilisé 8 100 nœuds et environ 50 000 GPU. Les simulations, ainsi qu’une grande partie de l’analyse des données, ont duré environ quatre jours.
Une machine exascale mise à contribution
L’équipe a utilisé HACC, un code de cosmologie développé à Argonne. Elle a modélisé la gravité seule, ce qui lui a permis de couvrir un volume plus grand et avec davantage de particules que lors de sa précédente simulation hydrodynamique sur le système Frontier d’Oak Ridge, qui modélisait aussi le gaz et les étoiles.
Les deux simulations ont écrit plus de 85 pétaoctets de données via le système de stockage DAOS d’Aurora. La plus grande partie correspondait à des points de reprise (checkpoints), sauvegardés pour pouvoir relancer les calculs après une interruption. Environ 8 pétaoctets ont été conservés pour l’analyse scientifique.
« Ses GPU fournissent la puissance de calcul nécessaire pour faire évoluer des milliers de milliards de particules, tandis que sa mémoire nous donne la capacité de traiter un problème de cette ampleur », a déclaré Adrian Pope, scientifique en informatique à l’ALCF.
À la recherche des traces de l’inflation
Le projet est dirigé par Nicholas Frontiere, spécialiste en sciences computationnelles à Argonne. Il recherche une éventuelle non-gaussianité primordiale, c’est-à-dire de légers écarts par rapport au schéma aléatoire simple que prévoient les modèles d’inflation standard pour les fluctuations de densité de l’Univers primordial.
« Un écart mesurable pourrait indiquer la présence de champs supplémentaires, d’interactions ou d’une dynamique particulière pendant l’inflation », explique Nicholas Frontiere. Ces signaux devraient être ténus et peuvent être masqués par la variance cosmique. Les simulations doivent donc couvrir un volume énorme, tout en offrant une résolution suffisante pour restituer les halos de matière noire qui abritent les galaxies.
Deux univers simulés pour les grands relevés du ciel
Les deux simulations reposent sur le même modèle cosmologique et sur le même signal non gaussien, mais leurs phases initiales sont inversées. Lorsque les deux sont analysées conjointement, une grande partie des variations aléatoires s’annule. L’intensité du signal est tenue secrète (« en aveugle »), ce qui permet aux chercheurs de vérifier si leurs chaînes d’analyse retrouvent la valeur cachée avant de les appliquer à des données réelles.
Les résultats serviront à produire des cartes synthétiques du ciel entier et des observations simulées pour l’instrument DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) et pour la mission SPHEREx de la NASA, qui collectent tous deux des données à l’heure actuelle.
« À mesure que nous simulons des volumes toujours plus grands avec un niveau de détail toujours plus fin, nous améliorons notre capacité à explorer les questions fondamentales sur l’univers et à mieux exploiter des relevés de plus en plus puissants », a déclaré Frontiere.
