据国外媒体报道，在宇宙中一些最小、密度最大的恒星的中心，存在着可能以前所未有的奇异阶段存在的核物质。中子星是一颗大质量恒星，其核心是在发光的超新星爆炸中坍缩形成的。科学家认为，中子星所包含的能量比大型强子对撞机和相对论重离子对撞机等粒子加速器实验所包含的能量要大。
尽管科学家无法在地球上重现这些极端条件，但他们可以利用中子星作为现成的实验室，更好地了解外来物质。许多中子星直径只有12.5英里，但它们的质量是太阳的1.4到2倍。模拟中子星可以帮助我们了解其中可能存在的物质，并为理解它们在这种密度下的行为提供线索。
由石溪大学的迈克尔·津盖尔（Michael Zingale）领导的一个核天体物理学家小组正在使用美国最快的超级计算机橡树岭领导计算设施（olcf）的IBM ac922 summit来模拟一种称为中子星X射线爆炸的现象。这是一种热核爆炸，发生在中子星的表面，当它的引力场从附近的恒星上拉下足够的物质时。现在，研究小组模拟了一个二维x射线火焰在中子星表面的运动，这可以帮助研究人员确定火焰在不同条件下的工作原理。对这一天体物理现象的模拟为科学家提供了数据，可以帮助他们更好地测量中子星的半径。
研究小组发现，不同的初始模型和物理原理会导致不同的结果。在项目的下一阶段，该团队计划在研究成果的基础上进行大规模的3D模拟，以获得更精确的X射线爆发图像。
改变物理学
由于中子星模拟需要大量的物理输入，因此需要大量的计算能力。即使在峰会上，研究人员也只能模拟中子星表面的一小部分。
为了准确理解火焰的行为，津盖尔的团队利用summit对中子星下方的各种特征的火焰进行了建模。团队的模拟是在创新和新颖的计算冲击理论与实验（excite）计划的计算时间分配下完成的。研究小组通过改变表面温度和自转率来替代不同的吸积率，自转率是恒星从附近恒星积累额外物质时质量增加的速率。
石溪大学博士后研究员、论文主要作者艾丽斯·哈波尔（Alice harpole）说，研究小组模拟了更热的地壳，取得了意想不到的结果。
“这个项目最令人兴奋的结果之一是我们在模拟中改变地壳温度时看到的结果。在我们以前的工作中，我们使用了较冷的地壳。我认为，虽然使用更热的外壳可能会有所不同，但看到温升的差异其实很有趣，”哈波尔说。
计算规模大，复杂度高
研究小组在美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）的olcf峰会上模拟了X射线爆发。美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）本科生科学实验室实习项目实习生妮可·福特（Nicole Ford）在NERSC的Cori超级计算机上进行了补充模拟。Olcf和NERSC分别是位于ORNL和LBNL的能源部科学办公室的用户设施。
在水平方向上模拟9216个网格单元，在垂直方向上模拟1536个网格单元，需要大量的计算能力。在团队完成模拟之后，团队成员使用olcf的Rhea系统来分析和绘制他们的结果。
在峰会上，团队使用了amrex中的Castro代码，该代码可以模拟爆炸性的天体物理现象，使团队成员能够在网格的不同部分实现不同的分辨率。Amrex是为100亿计算项目开发的图书馆之一，该项目的目标是在能源部即将推出的100亿计算系统上运行科学应用程序。据悉，这套100亿次系统可以以每秒1018次的速度运行。
Amrex为超级计算机上的并行化提供了一个框架，但是Castro并不总是能够利用GPU，这使得summit对科学研究如此具有吸引力。该团队参加了由布鲁克海文国家实验室olcf和ORNL支持的黑客马拉松，以获得将代码移植到summit的GPU的帮助。
该团队表示，他们计划运行的即将到来的3D模拟不仅需要GPU，而且几乎消耗了团队全年的全部时间。
“我们需要尽最大努力，”津盖尔说。幸运的是，我们已经从这些2D模拟中了解到3D模拟需要做什么，所以我们已经为下一个大的努力做好了准备。”