Najwyżej położony na świecie superkomputer został w pełni skonfigurowany

Korelator ALMA
Korelator ALMA w obiektywie szerokokątnym.
ESO

Jeden z najpotężniejszych superkomputerów na świecie został w pełni zainstalowany i przetestowany na odległym, wysoko położonym terenie w Andach w północnym Chile. Oznacza to ukończenie kolejnego z kroków milowych projektu Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), najbardziej skomplikowanego naziemnego teleskopu w historii. Specjalny korelator ALMA ma ponad 134 miliony procesorów i wykonuje 17 biliardów operacji na sekundę, co jest prędkością porównywalną z najszybszymi dostępnymi obecnie superkomputerami do ogólnych zastosowań.

Korelator jest krytycznym komponentem ALMA, teleskopu astronomicznego złożonego z sieci 66 anten w kształcie talerzy. 134 miliony procesorów korelatora nieustannie łączy i porównuje słabe sygnały otrzymane przez anteny sieci ALMA od obiektów niebieskich. Anteny są oddalone od siebie do 16 kilometrów i korelator umożliwia ich wspólną pracę jako jeden olbrzymi teleskop. Informacje zebrane przeze każdą z anten muszą zostać połączone z dany z każdej pozostałej anteny. Przy maksymalnej mocy korelatora dla 64 anten [1] wykonywane jest 17 biliardów operacji na sekundę [2]. Korelator został wybudowany jako narzędzie dedykowane temu zadaniu, ale liczba operacji na sekundę jest porównywalna z wydajnością najszybszych superkomputerów ogólnego zastosowania na świecie [3].

To unikalne wyzwanie obliczeniowe wymaga innowacyjnego projektu, zarówno dla poszczególnych komponentów, jak i dla całej architektury korelatora” mówi Wolfgang Wild, European ALMA Project Manager, z ESO.

Pierwotny projekt korelatora, jak również jego budowa i instalacja, były kierowane przez US National Radio Astronomy Observatory (NRAO), głównego partnera ALMA z Ameryki Północnej. Projekt korelatora został sfinansowany przez amerykańską National Science Foundation, ze wsparciem od ESO.

„Ukończenie i instalacja korelatora jest olbrzymim krokiem milowym w kierunku wypełnienia północnoamerykańskiego wkładu w międzynarodowy projekt budowy ALMA” powiedział Mark McKinnon, North American ALMA Project Director w NRAO. „Techniczne wyzwania były niesamowite, ale nasz zespół poradził sobie z nimi” dodał.

ESO, jako europejski partner ALMA, także  dostarczyło kluczowych elementów korelatora: całkowicie nowy i wszechstronnie cyfrowy system filtrowania stworzony w Europie został uwzględniony w projekcie NRAO. Zestaw 550 najnowocześniejszych cyfrowych filtrów dla tablic obwodów został zaprojektowany i wybudowany dla ESO przez University of Bordeaux we Francji [4]. Dzięki tym filtrom długości fali elektromagnetycznej, które widzi ALMA mogą zostać rozdzielone 32 razy dokładniej niż w początkowym projekcie, na zakresy, które można dokładnie dostosować. „Ta znacznie lepsza elastyczność jest fantastyczna. Pozwala nam dzielić na kawałki widmo promieniowania, które otrzymuje ALMA, dzięki czemu możemy skupić się na precyzyjnych długościach fali potrzebnych do konkretnych obserwacji, zarówno do wykonywania map cząsteczek gazu w obłokach gwiazdotwórczych, jak i do poszukiwania najodleglejszych galaktyk we Wszechświecie” powiedział Alain Baudry, z University of Bordeaux, kierownik europejskiego zespołu korelatora ALMA.

Kolejnym wyzwaniem było ekstremalne położenie. Korelator znajduje sięw budynku technicznym na obszarze operacyjnym ALMA (AOS - ALMA Array Operations), najwyżej położonym na świecie budynku z nowoczesnymi technologiami. Na 5000 metrów nad poziomem morza powietrze jest rzadkie, potrzeba więc dwukrotnie większego niż normalnie przepływu powietrza do chłodzenia urządzenia, wymaga potrzebuje około 140 kilowatów mocy. W rzadkim powietrzu obracające się dyski komputerów nie mogą zostać wykorzystane, gdyż ich głowice czytające/zapisujące opierają się na poduszkach powietrznych, które chronią je przed uderzaniem w talerze. Dodatkowo często występuje aktywność sejsmiczna, więc korelator musi być tak zaprojektowany, aby wytrzymać wibracje związane z trzęsieniami ziemi.

ALMA rozpoczęła obserwacje w 2011 roku za pomocą częściowej sieci anten. Fragment korelatora był już używany do łączenia sygnałów z częściowej sieci, ale teraz pełny system został ukończony. Korelator jest gotowy do rozpoczęcia działania ALMA z większą liczbą anten, co polepszy czułość i jakość obrazu uzyskiwanego w trakcie obserwacji.

ALMA jest prawie ukończona, jej inaugurację zaplanowano na marzec 2013 roku.

Uwagi

[1] Korelator ALMA jest jednym z dwóch takich systemów w kompleksie ALMA. Całkowita sieć 66 anten ALMA obejmuje 50 anten sieci głównej (połowa została dostarczona przez ESO, a druga połowa przez NRAO) oraz dodatkową, komplementarną sieć 16 anten, zwaną Atacama Compact Array (ACA), która został dostarczona przez National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). Drugi korelator, zbudowany przez firmę Jujitsu i dostarczony przez NAOJ, umożliwia niezależną korelację 16 anten ACA, z wyjątkiem momentów, gdy anteny ACA są łączone z 50 szerzej rozmieszczonymi antenami głównej sieci.

[2] 17 biliardów = 17 000 000 000 000 000.

[3] Aktualny rekordzista na liście TOP500 superkomputerów ogólnego zastosowania to Tytan z Cray Inc., któremu zmierzono 17,59 biliardów operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę. Należy zwrócić uwagę, że korelator ALMA jest superkomputerem specjalnego zastosowania i nie spełnia kryteriów tego rankingu.

[4] Praca ta była kontynuacją pracy na temat koncepcji dla korelatora wykonanej przez University of Bordeaux w konsorcjum obejmującym także ASTRON z Holandii oraz Arcetri Observatory z Włoch.

Źródło: ESO | Tłumaczenie: Krzysztof Czart

Liczba odsłon: 1646