宇宙大規模構造からひも解くCDMパラダイムを超えたダークマター

从宇宙大尺度结构中解开CDM范式之外的暗物质

• 批准号: 21H01079
• 负责人: 吉川 耕司
• 金额: $ 9.57万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01079/
• 关键词: ダークマター; 宇宙大規模構造; Vlasovシミュレーション

2022年度には、ダークマター同士の衝突・散乱過程を分布関数レベルで求める衝突項の数値計算をGPUを用いて高速化するためのコードの開発・実装をNVIDIA社製のGPUを対象にして行った。近年開発された衝突項の計算手法に含まれる高い計算並列性をうまく利用することで、これまでに行われていたGPUによる実装よりも100倍以上の高速化を達成することに成功した。また、NVIDIA社の開発環境で提供されている高速な離散フーリエ変換の計算パッケージ、NVIDIA社製のGPUでサポートされている16ビット浮動小数点演算、更には衝突・散乱過程における力学的な対称性を利用して演算量を減らすことで更なる高速化を達成することが出来た。これによって、これまで実現できていなかったダークマター同士の衝突・散乱過程を考慮したダークマターハローや宇宙大規模構造形成の数値シミュレーションを、従来のN体シミュレーションではなくショットノイズの無い分布関数レベルで行うBoltzmannシミュレーションの手法を用いて実施するための目途をつけることが出来た。また、warm dark matter モデルを仮定したダークマターハローと宇宙大規模構造形成のVlasovシミュレーションに関しては、warm dark matter の質量や空間分解能を変えた複数のモデルをスーパーコンピュータ富岳を用いたプロダクションランを順調に実施中である。

在2022财年，我们使用GPU制定并实施了代码，以加快碰撞项的数值计算，以确定分布函数水平的暗物质之间的碰撞和散射过程，以NVIDIA的GPU为目标。通过很好地利用最近的碰撞项计算方法中包含的高计算平行性，我们成功地实现了比以前使用GPU实施的快速100倍以上。此外，通过利用NVIDIA开发环境中提供的高速离散傅立叶变换计算套件，NVIDIA GPU支持的16位浮点计算以及在碰撞和散射过程中的动态对称性来实现进一步的速度。这使我们能够使用Boltzmann仿真方法来考虑黑物质和大规模空间结构形成的数值模拟，并考虑到黑物质之间的碰撞和散射过程，该碰撞和散射过程使用Boltzmann仿真方法，该方法是在没有射击噪声的情况下以分配功能进行的，而不是传统的N-Body模拟。此外，关于弗拉索夫（Vlasov）模拟暗物质的模拟，假设暗物质模型和大规模空间结构的形成，使用超级计算机fugaku进行生产运行，使用多种模型，这些模型具有不同的质量和空间分辨率。

项目成果

富岳による宇宙論的ニュートリノのVlasovシミュレーション

富岳对宇宙中微子的弗拉索夫模拟

• 发表时间: 2021
• 作者: Kenji Ishikawa;Hiromasa Tanaka;Hirokazu Hara;Shin-ichi Kondo;Masafumi Ito;Kazunori Koga;Masaharu Shiratani;and Masaru Hori;Yusuke Nomura;吉川耕司
• 通讯作者: 吉川耕司

宇宙論的構造形成シミュレーションのSIMD命令による高速化

使用 SIMD 指令加速宇宙结构形成模拟

• 发表时间: 2023
• 作者: K. Okigami;R. Yambe;and S. Hayami;吉川耕司
• 通讯作者: 吉川耕司

A 400 trillion-grid Vlasov Simulation on Fugaku Supercomputer: large-scale Distribution of Cosmic Relic Neutrinos in a Six-dimensional Phase Space

• DOI: 10.1145/3458817.3487401
• 发表时间: 2021-10
• 期刊: SC21: International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis
• 作者: K. Yoshikawa;Satoshi Tanaka;N. Yoshida

宇宙論的 VLASOV シミュレーションで探るニュートリノの性質: N-body シ ミュレーションとの比較

通过宇宙学 VLASOV 模拟探索中微子的特性：与 N 体模拟的比较

• 发表时间: 2022
• 作者: 田中賢;吉川耕司;吉田直紀;斎藤俊
• 通讯作者: 斎藤俊

Vlasov Simulation of Cosmic Relic Neutrinos on Supercomputer Fugaku

超级计算机 Fugaku 上的 Vlasov 模拟宇宙遗迹中微子

• 发表时间: 2022
• 作者: Hayata Tomoya;Hidaka Yoshimasa;Yusuke Nomura;Kohji Yoshikawa
• 通讯作者: Kohji Yoshikawa