面向PETA尺度的宇宙大尺度湍流数值模拟和原位可视化

项目名称： 面向PETA尺度的宇宙大尺度湍流数值模拟和原位可视化

项目编号： No.91230115

项目类型： 重大研究计划

立项/批准年度： 2013

项目学科： 天文学、地球科学

项目作者： 冯珑珑

作者单位： 中国科学院紫金山天文台

项目金额： 70万元

中文摘要： 对星系和宇宙大尺度结构形成和演化的认识迫切需要对局域物理过程有深入细致的了解，而关于宇宙大尺度湍流的产生和发展的研究是其重要研究课题之一。在本项目中，我们将在自主研发的暗物质与流体模拟代码WIDGEON的基础上，实现万核级并行算法改造。使之能利用千万亿次计算能力实现暗物质与流体的大规模耦合计算。同时，我们将基于知名的高性能计算框架Charm++推出全新的计算宇宙学框架软件P_WIDGEON，这一软件将适应于国产千万亿次超级计算机的体系结构特点，实现包含容错算法设计、GPU加速、原位可视化计算分析等重要功能。期待通过该项研究，可以加深对引力坍缩过程大尺度湍流的产生机制、星系团的能量平衡方案和质量偏袒、湍流产生的物质和能量输运等问题的了解; 同时，为综合采用先进计算模拟技术和动态可视化分析开展科学研究提供一个范例。

中文关键词： 星系形成；湍流；宇宙学数值模拟；计算流体力学；高性能科学计算和原位可视化

英文摘要： Understanding the formation and evolution of galaxies and large scale structure of the universe requires comprehensive and detail studies of local physical processes occurred in the cosmic gravitational clustering，among which, production mechanism and development of turbulence on the cosmic scales is one of important and challenge issues confront by the modern computational hydrodynamics. Based on the hybrid N-body/Hydrodynamics code - WIDGEON (Weno for Intergalactic medium, Dark matter, Galaxies Evolution and formatiON), a parallel high performance version will be developed to be suitable for running in more than ten-thousand cores on Petascale supercomputer. The new parallel cosmological code - P-WIDGEON will be implemented with the state-of-art computational and visualization technology including famous HPC framework Charm++, fault tolerance, GPU acceleration and in-situ visualization and matches the architecture of Chinese Petascale supercomputers. This research project is expected to advance our understanding of production mechanism of turbulence on the cosmic scales, the energy balance budget and mass-bias, as well as turbulent transportation of matter/energy in clusters of galaxies. Meanwhile it will demonstrate a paradigm of scientific research incorporated with the advanced computer simulation and v

英文关键词： Galaxy Formation；Turbulence；Cosmological Simulation；CFD；HPC & in-situ Visualization