Supercomputador Frontier recria o universo em simulação inédita

O supercomputador Frontier, localizado no Laboratório Nacional de 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 em exaescala, o Frontier é capaz de realizar até 1,1 quintilhão (10¹⁸) de operações de ponto flutuante por segundo.

O aparelho, composto por 9.472 CPUs e 37.888 GPUs da AMD, foi superado em novembro de 2024 pelo El Capitan, com capacidade de 1.742 exaFLOPS, mas mantém seu papel central no avanço tecnológico.

A simulação realizada na Frontier foi projetada para investigar a “hidrodinâmica cosmológica”, modelando a evolução do universo com um nível de detalhe sem precedentes. Usando o Código de Cosmologia Acelerado por Hardware/Híbrido (HACC), desenvolvido há 15 anos pelo Departamento de Energia dos EUA, os pesquisadores adaptaram o código para aproveitar o desempenho máximo do Frontier.

Computação de petaescala para exaescala

• O HACC já foi utilizado em supercomputadores em petaescala, como o Summit, que liderou o ranking global entre 2018 e 2020.
• Na Summit, os cientistas simularam três modelos cosmológicos baseados no Modelo Padrão da cosmologia e suas variações, incluindo forças gravitacionais e o impacto da energia escura variável.
• Apesar dos resultados inovadores, estas simulações não conseguiram incluir forças além da gravidade.
• Com o Frontier, financiado pelo projeto ExaSky de US$ 1,8 bilhão do Departamento de Energia dos EUA, o HACC superou as expectativas ao ser 300 vezes mais rápido que seu desempenho 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 científicos e impactos da simulação com o supercomputador Frontier

Bronson Messer, diretor de ciência do Oak Ridge Leadership Computing Facility, destacou que as simulações na Frontier trazem realismo físico, integrando a dinâmica da matéria bariônica, que representa menos de 5% do universo conhecido. Estas simulações estão sendo disponibilizadas à comunidade astronômica, permitindo investigações sobre matéria escura, energia escura e até modelos gravitacionais alternativos, como a Dinâmica Newtoniana Modificada (MOND).

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

Reflexões filosóficas

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

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