GPU加速宇宙模拟：迈向可持续与绿色意识
天体物理仪器与方法
2026-01-06 v1
摘要
随着天文调查如欧几里得(Euclid)等推动的宇宙N体模拟复杂度和规模不断提升，亟需向更加可持续和高效的高性能计算(HPC)范式转变。超级计算机设施的能源消耗正在造成显著的环境和经济挑战。本文基于最近开发的pinocchio GPU实现，该工具用于快速生成暗物质(DM)星系目录，探讨了能源消耗问题。通过采用不同的资源配置，我们确认了伴随研究中观察到的解答时间行为，并利用这些运行结果将解答时间与能源消耗进行比较。通过在Various HPC平台上进行剖析，并引入新开发的Power Measurement Toolkit(PMT)，我们展示了相较于CPU-only版本，能源消耗降低8倍，解答时间加速8倍。这些收益综合起来可实现最高达64倍的整体效率提升。我们的研究表明，GPU加速的pinocchio不仅实现了显著的性能提升，使得大规模模拟目录的生成更加可行，还显著降低了模拟的能源足迹。本工作标志着宇宙学中的“绿色意识”科学计算的一步步进步，证明了性能与可持续性可以实现同步。
引用
@article{arxiv.2601.01935,
title = {Accelerating cosmological simulations on GPUs: a step towards sustainability and green-awareness},
author = {Giovanni Lacopo and Marius Daniel Lepinzan and David Goz and Giuliano Taffoni and Luca Tornatore and Pierluigi Monaco and Pascal Jahan Elahi and Ugo Varetto and Maciej Cytowski and Lubomir Riha},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.01935},
year = {2026}
}
备注
40 pages, 19 figures, submitted to the Astronomy and Computing Journal