“搭档”宇宙学：天河二号超算还太“嫩”
近日，中国科学家依托“天河二号”超级计算机，“拍”出了一部史上最细致的“宇宙大片”，呈现了137亿年的宇宙成长史。不过，让他们忧心的是――
“搭档”宇宙学：超算还太“嫩”
137亿年里，宇宙是怎么变成现在这样的？
这是人类一直在探索的科学和哲学问题。如今，科学家用高性能计算机，基于数值模拟技术“拍”出了一部史上最细致的“宇宙大片”，呈现了这一漫长的宇宙成长史。
近日，国家超算广州中心透露，北京师范大学天文学系教授张同杰领衔的宇宙中微子数值模拟团队，依托“天河二号”超级计算机，成功完成了3万亿粒子数的宇宙中微子和暗物质数值模拟，揭示了宇宙大爆炸1600万年之后至今约137亿年的漫长演化进程。
尽管我国超算中心蜂拥而起，但“天河二号”是唯一能完成这项任务的平台，超算要想更好地支撑天文发展，无论是软件还是硬件，都有很长的路要走。
把宇宙装进“盒子”
这个看似极其专业的研究，说白了就是用虚拟的3万亿颗粒子模拟宇宙演化的过程。
“我们把这么多粒子放在一个虚拟的方盒子里，模拟宇宙的演化。”张同杰在接受《中国科学报》记者采访时解释。
在计算机模拟中，宇宙形成初期，这3万亿虚拟粒子就像散沙一样分布在盒子中。随着时间推移，科学家根据天体物理与宇宙学模型设计好的引力作用下，这些粒子会相互聚合、分散，模拟宇宙的演化过程。此次模拟正是要尽可能还原宇宙中微子和暗物质在宇宙中的真实演化情况。
研究人员会选几个重要的演化时间段，将模拟结果做成动态“大片”。
张同杰说，用3万亿粒子做模拟是史无前例的。美国最大做到了1.07万亿粒子数的规模。
粒子数越大，模拟出的宇宙演化过程也就越清晰，可以把原来无法呈现的天体物理细节模拟出来，而这对计算能力提出了更高的要求。
于是，数据存储成了大问题。“我们的模拟在一个时间节点上输出的数据就有约30T，整个模拟做下来产生了P量级的数据量。”张同杰说，“下一阶段我们还想把黑洞和虫洞的形成过程加进模拟中去，现在是P量级的数据量，将来可能会达到几百P，到时候数据存放都会成为问题。”
同时，长达一年半的研究，也使计算费高得难以承受。“很烧钱。尽管超算广州中心给予了大力支持，但是长远而言, 我们还是需要科学基金的支持。”张同杰说。
宇宙学鞭策超算发展
中科院超算中心研究员王龙告诉记者，国内的计算宇宙学工作最早可追溯到上世纪80年代，目前的计算宇宙学专家很多有海外留学背景，能在国内超算资源不甚丰富的情况下用国外超算开展研究。
“大多数高精度宇宙学数值模拟，都依赖超算技术。”张同杰说。
随着国内超算能力的提升，越来越多的计算宇宙学学者开始在国内的超级计算机上开展宇宙学数值模拟。
2010年，中科院紫金山天文台、中科院国家天文台、中科院上海天文台和中科院计算机网络信息中心成立的中国计算宇宙学联盟，提出了一项大型宇宙学数值模拟计划――“盘古计划”。当年11月，这项计划用300亿虚拟粒子在边长为45亿光年的“盒子”里完成宇宙模拟实验，这一模拟的分辨率在当时居世界第三。
如今300亿的粒子数，早已不能满足天文科学家对细节的追求。
“与其他领域相比，宇宙数值模拟对运算存储能力的要求更高。”王龙告诉记者，宇宙学是超算发展的支柱性应用之一。在国外，每次推出新的超级计算机，率先部署的全机应用往往都有宇宙演化模拟。
在需求的推动下，超算也在不断努力。前不久，中科曙光就专门为中科院紫金山天文台设计了GPU集群，以缩短计算运行周期。
如今，“‘天河二号’在运算和存储上都能够满足我们完成3万亿粒子数的数值模拟。”张同杰说。但他也表示，除“天河二号”外，目前世界上难有平台可担此重任。
软件实力跟不上需求
“因为发展自主超算软件需要较长的周期，国内很多宇宙学团组会选择与国外的研究机构合作，使用他们的软件。”中科院网络信息中心研究人员曹宗雁告诉记者，目前天文领域最普遍使用的软件是德国开发的数值模拟软件。
在衡量一个国家的超级计算综合实力时，软件的重要性丝毫不亚于硬件。但我国“无论是硬件还是软件，用的大都是国外的”。曹宗雁说。
2010年，曹宗雁博士毕业。为了做宇宙学超算软件，计算机专业出身的他选择去国家天文台做博士后。
王龙告诉记者，对于天文本专业的人而言，由于研发软件需要较长的时间投入，必然影响论文产出等科研评价指标，开展软件研发的人也相当少。
另一制约宇宙学软件发展的因素是机时费问题。开展一组宇宙学模拟往往需要百万元级的机时费，时至今日，曹宗雁研发的一款数值模拟软件仍没能去“天河二号”上一试身手。“我们需要支持。”曹宗雁说。
王龙告诉记者，目前的超算经费更多被投入到硬件上，软件开发的经费投入比例与国外相比明显偏低。
此外，发展计算宇宙学另一个挑战在于如何对庞大的数据进行可视化处理。“可视化一方面可以帮助天文学家从浩繁的数据中发现科学现象，另一方面对科普的贡献也很大。”王龙说，可视化软件研究也应得到高度重视，否则随着超级计算机的迅猛发展，计算产生的数据在处理时将面临更大挑战。（倪思洁）
(责编：魏艳、马丽)
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广州：“天河二号”超级计算机，3万亿粒子数宇宙中微子数值模拟。
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宇宙是否是一台超级计算机。
你们觉得呢！
我觉得首先宇宙绝对不是计算机，这太复杂了，世界没有运算超级复杂的电脑。
宇宙是一个巨大的储存器而黑洞就是储存器里面的坏点。
宇宙比计算机复杂太多了
如果科技先进到一定程度是不是就可以用超级计算机模拟出一个宇宙来？如果可以，那我们到底是什么？
不会 量子物理定律在普朗克长度内同样有效
显示器在哪？
宇宙是个大程序，每个星球就是影碟机，而整个宇宙放映着我们曾自己编好的程序，不错，宇宙内的高等生命制造了这一切，包括我们自己
假设处理器的运算单位是10×10二维排列
那么就会有100个运算单元而宇宙如果是程序，那么其处理器很可能是多维结构，如果是6维，就会有100万个运算单位。
宇宙其实是洪荒大地破碎的产物
如果宇宙是一个程序那么制造这个程序的又是谁
所以我们没有不要知道因为没有用程序只会按程序运行无法逆天所以我们宁愿没有这个程序的猜想
谁在操控呢、
其实是我在操控，谢谢，我的讲话完毕。
关键是建造这个程序的意义何在？好玩？
不用说宇宙，人就已经是超级计算机了
脑死亡也想不通的
一切皆有可能。。。。。。宇宙是否是一台超级计算机，很好的解释了：鬼、神、UFO之类的未解之谜，其实是计算机软件的BUG。
有人想过这个问题，出现一个宇宙概率很低，而出现一个大脑想象一个宇宙概率要高得多。
膜说要有光于是便有了光
宇宙本来就是计算器，物质是硬件，规律是系统，软件是什么我还没想到，事件就是运行中的过程。
给我一台超级计算机我可以研究世界和全宇宙
给我一台超级计算机我可以研究世界和全宇宙
也可以理解为上帝
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保存至快速回贴冷暗物质之谜：超级计算机演绎“千年宇宙”
据国外媒体报道，科学家通过超级计算机模拟了迄今为止最准确和详细的宇宙演化过程，为天文学家以及宇宙物理学家提供了一种新工具，以了解星系的形成过程，暗物质和暗能量的作用方式。这个模拟过程主要是基于宇宙的大尺度结构，包括星系在合并和增长的进程中，周围暗物质环在其中扮演着何种作用，例如演化机制和散步规律等，初步的研究显示了与天文学家实际观测过程中的情况较为符合。银河系存在如大小麦哲伦星云的卫星星系加州大学圣克鲁斯分校的物理学教授乔尔普里马克（Joel Primack）认为：从某种意义上说，你可能认为这些初步结果所反映出的过程有点儿过时，但这很清楚地表明，我们所认为的标准宇宙模型体现的就是这种机制。这项研究之所以让我们感到兴奋，是因为我们有了这种高度精确的模拟，可以反映出宇宙在一定尺度上的演化方向，其同时也将为我们在未来几个月甚至数年之内的研究提供基础性的作用。物理教授普里马克（Primack）和新墨西哥州立大学的天文学教授阿纳托利克雷平（Anatoly Klypin）共同领导了这次宇宙演化大模拟实验。阿纳托利克雷平主要负责在超级计算机上录入模拟代码，这台计算机有着不同凡响的名声，它就是隶属于美国国家航空航天局艾姆斯研究中心的“昂星团”超级计算机，该超级计算机主要帮助美国宇航局的科学家对各种航天任务以及宇宙探索进行模拟和仿真研究。对宇宙的演化过程模拟式非常必要的，我们现在拥有各种天文观测的数据，如何将这些数据进行整合以及发挥他们在预测上的优势，这是科学家要解决的问题，这同时也有助于我们确定宇宙中神秘的暗能量是何种性质。根据目前领导着加州大学高性能天体计算机研究中心的物理学教授乔尔普里马克介绍：宇宙新“千年模拟”计划的初步数据版本在九月份上旬开始，现在我们以及发布了大量的数据，可以供其他研究机构的天体物理学家使用。到目前为止，这些数据还不到总量的百分之一，这是因为总的模拟基数非常地庞大，在将来还会有新的数据进行公布。早在2005年之时，由马克斯普朗克研究所进行了一项被称为“千年模拟”的宇宙演化研究，同样是研究大尺度范围内的宇宙进程，包含了20亿光年距离上的宇宙信息，大概存在着数千万个星系的规模，由于其设定的粒子数创纪录地达到了百亿个数量级，因而其为当时的天体形成以及演化的研究提供了相当程度的数据，也发表了400余篇的学术论文。但是，现在天文学家认为，当时被当做基本参数的部分数据存在不准确性，所以该模拟的结果并不是准确的。这些数据来自美国宇航局的威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）。该各向异性探测器主要提供了自宇宙大爆炸之后残留下来的宇宙微波背景辐射在空间上各向异性的微小变化，并绘制了详细的分布概况图。最早的WMAP1版本的分布概况图以及被后续的版本最取代，而在2010年美国宇航局发布了WMAP7版本的分布概况图。而本次模拟使用的参数是基于2008年公布的WMAP5版本，这个版本的数据与最新的WMAP7是基本一致的，而最早的WMAP1版本被认为存在着一些错误，“千年模拟”所采用的数据恰恰就是WMAP1版本。此外，超级计算机技术的进步，使我们在整个过程中可以以较高的分辨率进行模拟。因而，物理学教授乔尔普里马克认为本次研究结果将会对现有的天文学研究产生较大的影响。宇宙大爆炸之后，宇宙如何进行演化的标准解释是被称为Lambda冷暗物质模型的理论，Lambda是指代当前宇宙存在的加速膨胀机制中的暗能量（希腊字母，宇宙学常数），这个模型符合现阶段对宇宙大尺度结构的研究以及对宇宙微波背景辐射观测，是一个能自洽的简单假设的宇宙模型。这就是本次宇宙演化模拟的理论基础。根据这个模型，引力在大爆炸发生后不久，存在着轻微的密度扰动，并导致宇宙中第一个暗物质块的出现。接着，这些暗物质块经过漫长的演化过程，并逐渐合并成更多的团块，就是我们现在宇宙中存在的暗物质。而暗物质的性质仍然是一个迷，其占据了宇宙中82%的物质。因此，对宇宙的研究不可避免地要涉及到暗物质，其产生的引力作用是推动宇宙演化的关键因素。普通物质在形成恒星以及行星之后，并进入有暗物质构成的团块之中，从而使得在星系周围存在着由大量暗物质构成的神秘暗物质环。超级计算机在一个主要目的就是模拟和计算暗物质环是如何进行演化的。这些研究结果已经发表在《天体物理学》期刊上，作者是新墨西哥州立大学的研究生塞巴斯蒂安特鲁希戈麦斯（Sebastian Trujillo-Gomez）和普里马克（Primack）。另一篇基于该研究的论文同样也发表在《天体物理学》期刊上，提出了星系大量暗物质的模拟预测以及属性的问题。作者是克雷平（Klypin）、塞巴斯蒂安特鲁希戈麦斯（Sebastian Trujillo-Gomez）和普里马克（Primack），以及加州大学圣克鲁兹分校的博士后研究员亚伦罗曼诺夫斯基（Aaron Romanowsky）。普里马克认为：模拟预测的结果与目前进行的斯隆数字巡天计划的观测对比显示出非常好的融洽性。超级计算机模拟的是具有代表性的宇宙区域，大约是位于10亿光年之内的宇宙空间，设定了86亿个暗物质粒子参与相互作用的演化，整个过程花了600万个CPU小时进行运算，而昴宿星团超级计算机被列为世界上第七快得超级计算机。可对宇宙中星系团以及其他大尺度结构进行预测，其中的重点在暗能量参与的进程，被称为重子振动光谱调查。此外，科学家该模拟了较小尺度的宇宙演化，同样也是在昴星团超级计算机运行。其重要侧重于宇宙较小部分的模拟，并提供更高的分分辨率。所有的模拟结果都会公布在MultiDark数据库中，该数据库是由德国波茨坦天体物理研究所主管。以提交的分析结果显示了预测银河系中主要卫星星系的数量，这些卫星星系与大小麦哲伦星云亮度相当。
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冷暗物质之谜：超级计算机演绎“千年宇宙”
[导读]加州大学和新墨西哥州立大学天文学家使用美国宇航局超级计算机模拟宇宙演化进程，被喻为新“千年模拟”宇宙计划。
该各向异性探测器主要提供了自宇宙大爆炸之后残留下来的宇宙微波背景辐射在空间上各向异性的微小变化，并绘制了详细的分布概况图。最早的WMAP1版本的分布概况图以及被后续的版本最取代，而在2010年美国宇航局发布了WMAP7版本的分布概况图。而本次模拟使用的参数是基于2008年公布的WMAP5版本，这个版本的数据与最新的WMAP7是基本一致的，而最早的WMAP1版本被认为存在着一些错误，“千年模拟”所采用的数据恰恰就是WMAP1版本。此外，超级计算机技术的进步，使我们在整个过程中可以以较高的分辨率进行模拟。因而，物理学教授乔尔普里马克认为本次研究结果将会对现有的天文学研究产生较大的影响。宇宙大爆炸之后，宇宙如何进行演化的标准解释是被称为Lambda冷暗物质模型的理论，Lambda是指代当前宇宙存在的加速膨胀机制中的暗能量（希腊字母，宇宙学常数），这个模型符合现阶段对宇宙大尺度结构的研究以及对宇宙微波背景辐射观测，是一个能自洽的简单假设的宇宙模型。这就是本次宇宙演化模拟的理论基础。根据这个模型，引力在大爆炸发生后不久，存在着轻微的密度扰动，并导致宇宙中第一个暗物质块的出现。接着，这些暗物质块经过漫长的演化过程，并逐渐合并成更多的团块，就是我们现在宇宙中存在的暗物质。而暗物质的性质仍然是一个迷，其占据了宇宙中82%的物质。因此，对宇宙的研究不可避免地要涉及到暗物质，其产生的引力作用是推动宇宙演化的关键因素。普通物质在形成恒星以及行星之后，并进入有暗物质构成的团块之中，从而使得在星系周围存在着由大量暗物质构成的神秘暗物质环。超级计算机在一个主要目的就是模拟和计算暗物质环是如何进行演化的。这些研究结果已经发表在《天体物理学》期刊上，作者是新墨西哥州立大学的研究生塞巴斯蒂安特鲁希戈麦斯（Sebastian Trujillo-Gomez）和普里马克（Primack）。另一篇基于该研究的论文同样也发表在《天体物理学》期刊上，提出了星系大量暗物质的模拟预测以及属性的问题。作者是克雷平（Klypin）、塞巴斯蒂安特鲁希戈麦斯（Sebastian Trujillo-Gomez）和普里马克（Primack），以及加州大学圣克鲁兹分校的博士后研究员亚伦罗曼诺夫斯基（Aaron Romanowsky）。普里马克认为：模拟预测的结果与目前进行的斯隆数字巡天计划的观测对比显示出非常好的融洽性。超级计算机模拟的是具有代表性的宇宙区域，大约是位于10亿光年之内的宇宙空间，设定了86亿个暗物质粒子参与相互作用的演化，整个过程花了600万个CPU小时进行运算，而昴宿星团超级计算机被列为世界上第七快得超级计算机。可对宇宙中星系团以及其他大尺度结构进行预测，其中的重点在暗能量参与的进程，被称为重子振动光谱调查。此外，科学家该模拟了较小尺度的宇宙演化，同样也是在昴星团超级计算机运行。其重要侧重于宇宙较小部分的模拟，并提供更高的分分辨率。所有的模拟结果都会公布在MultiDark数据库中，该数据库是由德国波茨坦天体物理研究所主管。以提交的分析结果显示了预测银河系中主要卫星星系的数量，这些卫星星系与大小麦哲伦星云亮度相当。
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