James Beattie et ses collaborateurs du CITA récompensés pour 100 millions d’heures de calcul sur l’un des supercalculateurs les plus puissants d’Europe

James Beattie — chercheur postdoctoral à l’Institut canadien d’astrophysique théorique (CITA) et à l’Université de Princeton — et ses collaborateurs ont reçu près de 100 millions d’heures de calcul sur le supercalculateur allemand de l’Université de Princeton. Centre de calcul LeibnizSuperMUC-NG.

Beattie utilisera l’immense puissance de calcul de SuperMUC-NG pour l’étude de la génération de champ magnétique dans la fusion d’étoiles à neutrons binaires et pour comprendre la nature de la turbulence magnétisée à des résolutions extrêmement élevées. Le temps de calcul sera réparti entre deux projets de recherche dirigés par Beattie, qui est le chercheur principal des deux.

Pour décrire le temps de calcul que cela représente, Beattie a donné l’analogie :

« 100 millions d’heures de cœur, cela représente beaucoup de temps de calcul… une heure de cœur équivaut à exécuter un programme sur votre ordinateur portable sans arrêt pendant une heure. Pour avoir une idée de l’ampleur d’un calcul utilisant 100 millions d’heures de base, j’aime y penser en termes d’années. Par exemple, si j’appuyais sur « démarrer » nos calculs il y a 11 000 ans sur mon ordinateur portable, ils seraient en train de se terminer maintenant.

« Les premières traces de bétail domestique dans la civilisation humaine remontent à 10 500 ans. Cela vous donne donc une perspective étonnante sur l’ampleur que peuvent atteindre nos calculs lorsque nous répartissons le traitement sur des centaines de milliers de cœurs de calcul dans un superordinateur. En effet, ce n’est qu’en utilisant un supercalculateur comme SuperMUC-NG que nous pouvons effectuer de tels calculs.

Sur les 100 millions d’heures de cœur, 20 millions sont alloués à un projet qui examine la dynamo Kelvin Helmholtz à petite et grande échelle à des résolutions extrêmes pour découvrir la nature de la croissance du champ magnétique dans les fusions d’étoiles à neutrons binaires. Dans ce projet, Beattie et ses collaborateurs, dont un membre du corps professoral du CITA Bart Ripperdaexplorera comment la fusion d’étoiles à neutrons binaires crée de puissants champs magnétiques quelques millisecondes seulement avant la fusion.

L’orage magnétique qui en résulte pourrait également être une condition pour la formation et le lancement d’avions à réaction après la fusion. Les chercheurs collecteront des données sur les explosions radiatives (détectables par les télescopes) qui, ainsi que les ondes gravitationnelles (courbures de l’espace), sont produites par ces événements extrêmes. Ils zoomeront sur des régions de 10 mètres entre les binaires, où le plasma subit une instabilité de Kelvin Helmholtz qui étend et augmente le champ magnétique de manière exponentielle. En simulant localement cette instabilité, ils produiront des simulations à très haute résolution, capturant des détails allant de 10 mètres à une fraction de centimètre.

Le deuxième projet consiste en une allocation de 74 millions d’heures-cœur pour créer la plus grande simulation de turbulence magnétohydrodynamique compressible (MHD) au monde avec un champ magnétique à grande échelle. Dans ce projet, Beattie étendra certains de ses travaux antérieurs exécutant les simulations de turbulence MHD à la plus haute résolution au monde pour recueillir les statistiques les plus résolues sur les processus de turbulence magnétisée disponibles à ce jour. Ces statistiques, explique Beattie, « fournissent une mine d’informations sur une grande variété de sujets tels que la formation d’étoiles régulée par les turbulences, la turbulence magnétisée dans les disques d’accrétion et la turbulence du vent solaire et du plasma entourant la Terre dans la gaine magnétique ». « C’est ce qui me passionne tant dans ce type de recherche astrophysique sur des processus fondamentaux comme la turbulence : c’est extrêmement universel et essentiel à la compréhension des plasmas astrophysiques à tant d’échelles dans l’Univers », ajoute-t-il.

Cependant, une question persiste : faudra-t-il encore 11 000 ans avant de voir les résultats de ces projets de recherche ?

« Non », répond Beattie en riant, « la puissance de calcul du SuperMUC-NG équivaut à peu près à 350 000 ordinateurs individuels.

« Les calculs dont nous parlons peuvent être répartis sur près de 150 000 cœurs de calcul et seront réalisés sur quelques mois. Une fois les simulations terminées, nous dépenserons la partie restante de l’allocation, soit des dizaines de millions d’heures de calcul, analyser d’énormes ensembles de données, ce qui n’est pas une tâche facile. La simulation de turbulence à elle seule créera près de trois pétaoctets (un million de gigaoctets) de données ! Chaque partie de ces projets n’est possible qu’avec une synergie entre le calcul haute performance, le développement de logiciels et la physique ! et l’astrophysique.