Supercomputador Frontier recria o universo em simulação inédita

O supercomputador Frontier, localizado no Laboratório Nacional Oak Ridge, nos Estados Unidos, alcançou um marco científico ao realizar a maior e mais complexa simulação do universo até hoje. Desenvolvido como o primeiro supercomputador de exaescala, o Frontier é capaz de executar até 1,1 quintilhão (10¹⁸) de operações de ponto flutuante por segundo.

O dispositivo, composto por 9.472 CPUs e 37.888 GPUs da AMD, foi ultrapassado em novembro de 2024 pelo El Capitan, com capacidade de 1,742 exaFLOPS, mas mantém seu papel central em avanços tecnológicos.

A simulação conduzida no Frontier foi projetada para investigar “hidrodinâmica cosmológica”, modelando a evolução do universo com um nível de detalhe sem precedentes. Utilizando o Hardware/Hybrid Accelerated Cosmology Code (HACC), desenvolvido há 15 anos pelo Departamento de Energia dos EUA, os pesquisadores adaptaram o código para aproveitar o máximo de desempenho do Frontier.

Computação da petaescala à exaescala

• O HACC já foi utilizado em supercomputadores petaescala, como o Summit, que liderou o ranking global entre 2018 e 2020.
• No Summit, os cientistas simularam três modelos cosmológicos com base no modelo padrão de cosmologia e suas variações, incluindo forças gravitacionais e o impacto de energia escura variável.
• Apesar de seus resultados inovadores, essas simulações não foram capazes de incluir forças além da gravidade.
• Com o Frontier, financiado pelo projeto ExaSky do Departamento de Energia dos EUA, no valor de US$ 1,8 bilhão, o HACC superou expectativas ao ser 300 vezes mais rápido do que sua performance no supercomputador Titan, de 2012.
• A nova capacidade permitiu incorporar fenômenos como gás quente, formação de estrelas, buracos negros e galáxias, proporcionando o que os pesquisadores chamam de “hidrodinâmica cosmológica”.

Avanços e impactos científicos da simulação com o supercomputador Frontier

Bronson Messer, diretor de ciência do Oak Ridge Leadership Computing Facility, destacou que as simulações no Frontier trazem realismo físico, integrando as dinâmicas da matéria bariônica, que representa menos de 5% do universo conhecido. Essas simulações estão sendo disponibilizadas para a comunidade astronômica, possibilitando investigações sobre matéria escura, energia escura e até mesmo modelos alternativos de gravidade, como a Dinâmica Newtoniana Modificada (MOND).

Os resultados também serão comparados com levantamentos astronômicos reais, como os conduzidos pelo Observatório Vera C. Rubin no Chile, ajudando a validar ou refutar modelos cosmológicos. Segundo Salman Habib, diretor da divisão de ciência computacional do Argonne National Laboratory, essas simulações abrem portas para explorar o universo em escalas temporais e espaciais que antes eram inimagináveis.

Reflexões filosóficas

O avanço constante do poder de computação levanta questões intrigantes sobre o limite da simulação do universo. Alguns cientistas especulam que podemos viver em uma simulação, possivelmente criada como parte de um experimento para modelar a realidade.

Se isso for verdade, criar simulações dentro de uma simulação seria um paradoxo fascinante, sugerindo uma cadeia infinita de simulações.