E級超算,下一張黑洞照片「衝洗」能有多快?

2021-02-13 中科曙光

4月10日晚21:00,人類首張黑洞照片正式公之於眾,相關話題瞬間達到近7億閱讀。現在我們終於知道,黑洞原來是這樣的:

圖片來源:EHT Collaboration

而就是這張模糊、不規則的圓環照片,「衝洗」的時間竟然長達兩年之久。

在此次「拍攝黑洞照片」的探索中,射電望遠鏡和超級計算機作為「拍攝」和「衝洗」的必要條件,對黑洞照片的成功問世功不可沒。

黑洞照片:從「拍照片」到「洗照片」

首先,射電望遠鏡不能直接「看到」黑洞,它們是通過收集大量關於黑洞的數據信息,用數據向科學家們描述出黑洞的樣子。雖然本次觀測只用了10天時間,但每座射電望遠鏡的數據率達到驚人的32Gbit/s,8座望遠鏡在觀測期間共記錄約3500TB數據。

這麼多的數據已經不可能靠網絡傳遞,EHT用最原始、也是最可靠的辦法——使用專用硬碟記錄數據,並把硬碟用飛機運到統一的運算中心進行數據處理。

在那裡,超級計算機通過回放硬碟記錄的數據,在補償無線電波抵達不同望遠鏡的時間差後將所有數據集成並進行校準分析,從而產生一個關於黑洞高解析度影像。所以嚴格來講,黑洞照片不是拍攝出來的,而是通過超級計算機,通過數據分析計算出來的。

在如此重大的科研活動中,通常需要處理超大體量的原始數據,對於計算力有著極高的要求。而面對如此體量的數據,也只能由超級計算機來完成。據了解,此次參與黑洞照片「衝洗」的美國麻省的Haystack天文臺和德國馬普射電天文學研究所,即是運用了強大的高度專業化的超級計算機。

本次黑洞照片公布後,在社交媒體上有不少網友都表示「一張照片竟然需要兩年衝洗時間」。實際上,針對當前天文觀測領域發展現狀,也只能達到目前的狀態。要想縮短這個時間,對於包括觀測、超算等技術提出了更高的要求。

而被稱作「超級計算機界的下一頂皇冠」的E級高性能計算機(每秒可進行百億億次數學運算的超級計算機),即是未來超算技術的發展方向,當前已被世界各國列為國家戰略發展方向之一,除了為諸如天文科研等重大項目提供計算力外,也是關乎國計民生重點領域的動力引擎。

近年來,曙光憑藉自身在超算及相關領域的優勢積累,先後與國內多家天文臺展開合作,參與到國家天文臺、上海天文臺、紫金山天文臺等天文臺相關項目中,為天文科研的開展提供了超強計算力支撐。在為其提供HPC高性能超級計算機設備、GPU計算服務支撐、海量數據存儲設備的同時,也定製化提供高效能的軟體服務平臺和行業解決方案。

中科院上海天文臺臺長沈志強介紹,「未來我們希望用更短的時間拍出細節更豐富、角度更多樣的黑洞照片,也希望有朝一日能在宇宙中開展系統的『黑洞普查』。」

這並不是空穴來風,得益於E級超算技術的發展,針對此次同樣體量的黑洞觀測數據,單就運算時間而言,有望縮短到一周時間左右(數據加載和通訊時間另計)。

本次公布的「黑洞」是星系M87的照片,與此同時,銀河系中心的黑洞照片還在數據處理中。想像一下,如果未來Z級超算技術以及更先進的觀測技術得以運用,我們欣賞黑洞照片可能就成為「家常便飯」了。

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