La simulation de l’Univers a franchi un cap décisif grâce à Frontier, un supercalculateur basé au Laboratoire national d’Oak Ridge (ORNL) dans le Tennessee, aux États-Unis. Ce supercalculateur a récemment créé une simulation cosmologique d’une échelle et d’une complexité inédites, offrant ainsi un aperçu plus détaillé de l’univers que jamais auparavant. Ce projet, connu sous le nom de ExaSky, est l’un des plus ambitieux dans le domaine de la cosmologie et a permis de modéliser des phénomènes aussi complexes que l’expansion de l’Univers et l’impact de la matière noire.
Le projet ExaSky et son objectif révolutionnaire
Le projet ExaSky fait partie d’une initiative plus large lancée par le ministère américain de l’Énergie (DOE), appelé Exascale Computing. Avec un budget de 1,8 milliard de dollars, ce programme vise à développer des superordinateurs capables de réaliser des simulations scientifiques à une échelle bien plus grande que ce que l’on pensait possible. Frontier, l’un des supercalculateurs les plus puissants au monde, joue un rôle central dans ce projet.
La plateforme logicielle utilisée pour cette simulation s’appelle le Hardware/Hybrid Accelerated Cosmology Code (HACC). Grâce à cette technologie avancée, les chercheurs ont pu simuler l’évolution de l’Univers avec une précision jamais atteinte. Ce modèle de cosmologie hydrodynamique permet d’intégrer une grande variété de phénomènes physiques, allant de la gravité à l’influence de la matière noire en passant par les gaz et les plasmas présents dans l’Univers. Bien que sophistiqués, les modèles précédents ne prenaient en compte qu’une partie des facteurs, notamment la gravité et les propriétés du gaz ou du plasma.
Un bond en avant dans les capacités de calcul
L’une des grandes réussites de Frontier réside dans sa capacité de traitement. Lors de cette simulation, Frontier a utilisé près de 9 000 nœuds de calcul, chacun équipé de cartes graphiques puissantes AMD Instinct MI250X. Ce supercalculateur a réussi à exécuter la simulation de l’univers à une vitesse presque 300 fois plus rapide que les simulations précédentes réalisées avec Titan, un autre supercalculateur du DOE. Ces performances exceptionnelles ont permis de créer des modèles beaucoup plus détaillés et complexes, ce qui ouvre ainsi de nouvelles voies pour la recherche cosmologique.
Avec ses capacités de 1,4 exaFLOPS, Frontier se classe comme le deuxième supercalculateur le plus rapide au monde, juste derrière El Capitan qui peut atteindre 1,7 exaFLOPS. À titre de comparaison, un exaFLOP correspond à un milliard de milliards d’opérations à virgule flottante par seconde, une unité utilisée pour mesurer la performance de ces machines. Ce niveau de puissance est crucial pour les simulations de grande envergure, comme celles de l’Univers, qui nécessitent une grande quantité de calculs pour modéliser l’évolution de l’univers sur des échelles de temps et d’espace colossales.
Les implications pour la recherche cosmologique
La simulation réalisée avec Frontier permet aux chercheurs de tester des hypothèses sur le cosmos en utilisant des données plus précises et plus complètes qu’auparavant. La possibilité d’intégrer des facteurs complexes tels que la matière noire ou l’expansion de l’Univers dans un modèle cohérent pourrait répondre à des questions fondamentales sur sa naissance, son évolution et son futur.
En outre, la capacité de simuler le cosmos à une échelle aussi détaillée pourrait permettre de mieux comprendre des phénomènes astrophysiques rares et invisibles, comme les trous noirs ou les explosions d’étoiles géantes.
Des applications bien au-delà de la cosmologie
Bien que la simulation cosmologique soit le point culminant du projet ExaSky, Frontier est également utilisé dans de nombreux autres domaines scientifiques, ce qui illustre son potentiel multifonctionnel. Par exemple, en avril 2023, Frontier a été utilisé pour simuler une année complète de données climatiques mondiales avec une résolution impressionnante de trois kilomètres. Cette simulation fait partie d’un programme qui aide les scientifiques à mieux comprendre les interactions complexes entre l’atmosphère, les océans et les terres émergées. Ces données sont essentielles pour améliorer les prévisions météorologiques et mieux anticiper les effets du changement climatique.
Les recherches sur les matériaux ont également été révolutionnées par Frontier. En utilisant sa puissance de calcul exascale, les chercheurs ont pu modéliser à l’échelle moléculaire les interactions chimiques dans de nouveaux matériaux. Ces simulations permettent par exemple de prédire leurs comportements pour les rendre plus résistants, plus légers ou plus résistants à la corrosion.
Enfin, l‘une des applications les plus excitantes des supercalculateurs comme Frontier réside dans leur capacité à booster l’intelligence artificielle (IA). La rapidité des calculs permet en effet aux programmeurs de tester des algorithmes plus rapidement et d’analyser de vastes ensembles de données. Cela pourrait révolutionner des domaines comme les modèles linguistiques, la reconnaissance de la parole ou encore l’amélioration des prédictions liées au changement climatique.
