史上最大の乱流シミュレーションを可視化

Oliver Peckham

ミュンヘン近郊のライプニッツスーパーコンピューティングセンターでは、素晴らしい研究が進行中だった。ライプニッツ、インテル、オーストラリア国立大学からなるチームの研究者たちは、1兆個以上のグリッド要素で構成され、星が誕生する際の宇宙の広がりと折り畳みを明らかにする一連の星間再構成についての、史上最大の乱流シミュレーションを作成していた。

次に、彼らは結果を可視化した。

乱流シミュレーションは、気象や工業デザインなどのシステムの特性評価によく使用されるが、宇宙線粒子、磁場、超新星の炎などの天体物理要素を明らかにすることも可能だ。この研究者たちは、超音速乱流、亜音速乱流、磁場間の相互作用を調べることにより、星の形成を明らかにしようとした。

100483の解像度まで実行されたライプニッツでのシミュレーションには、流体力学的（HD）および磁気流体力学的（MHD）の両方の実行が含まれていた。これらは、約6,500ノード（Intel 8174 Xeon Skylake CPUを装備）、719 TBのメインメモリ、19.5ペタフロップスのLinpackマークを備えたLenovoシステムで、最新のTop500リストで9位に入った、ライプニッツのSuperMUC-NGスーパーコンピューターで実行された。

この研究の過程で、チームはSuperMUC-NGを利用した。「100483 HDシミュレーションのみでは、」と研究者は記載する。「約131 TBのメモリ、スナップショットあたり23 TBを超えるディスク容量（シミュレーションキャンペーン中に100を超えるスナップショットが生成される）、および4,500万CPU時間の計算時間を必要としました。」

研究者は、結果として得られた膨大なデータセットを可視化する際、それに対応して大きな課題に直面した。 VisItのカスタムバージョンとIntel OSPRayレンダリングエンジンをベースにしたアプローチでは、彼らはレイトレーシングを利用し、「優れた並列スケーラビリティ」により、SuperMUC-NGのような高度な並列アーキテクチャで実行するために「特に適している」と説明した。また、シミュレーションを実行したのと同じマシンで可視化と後処理を実行し、データの転送、新しいハードウェアへの適応、または一般的な計算ワークフローの調整の必要性を減少させた。

結果：「音速スケール」として知られる超音速と亜音速の乱流間の移行を解決する最初のシミュレーションと、「新生星の種」を生む乱流と高密度の「フィラメント」分布の見事な異世界のレンダリング。ライプニッツが提供する以下のビデオは、結果を示している。

研究について

この記事で説明されている研究は、「Visualizing the world’s largest turbulence simulation.」としてParallel Computingに提出されました。著者はSalvatore Cielo、Luigi Iapichino、Johannes Gunther、Christopher Federrath、Elisabeth Mayer、Markus Wiedemann。このリンクからアクセスできます。