SWIFT：面向天体物理与宇宙学应用的现代高度并行引力与光滑粒子流体力学求解器
天体物理仪器与方法
2024-05-01 v2 宇宙学与河外天体物理
地球与行星天体物理
星系天体物理
分布式、并行与集群计算
摘要
数值模拟已成为天体物理与宇宙学各领域理论学家使用的关键工具之一。因此，开发面向现有最大计算系统、并利用最先进数值方法与算法的现代工具至关重要。本文介绍完全开源、高度并行、通用且模块化的耦合流体动力学、引力、宇宙学与星系形成代码 SWIFT。该软件包利用基于任务的混合并行共享内存与分布式内存、异步通信，以及基于工作负载（而非数据）均衡的域分解算法，以高效利用现代高性能计算集群架构。引力通过快速多极法求解，并可选择在傅里叶空间耦合粒子网格求解器以处理周期体积。对于气体演化，实现了多种现代形式的光滑粒子流体力学（Smoothed Particle Hydrodynamics）。SWIFT 还采用最先进的基于粒子的方法演化中微子。作为代码的一部分，还发布了两套互补的星系形成子网格模型网络以及用于模拟行星物理的扩展。还包括广泛的输出选项，如快照、光锥、功率谱，以及与结构寻找器的耦合。我们描述了整体代码架构，总结了所执行的一致性与精度测试，并使用一个包含约 3000 亿粒子的代表性宇宙学流体动力学问题展示了代码优异的弱缩放性能。该代码向社区发布，并附带面向用户与开发者的详尽文档、大量示例测试问题，以及一套用于辅助分析 SWIFT 大规模模拟的工具。
引用
@article{arxiv.2305.13380,
title = {SWIFT: A modern highly-parallel gravity and smoothed particle hydrodynamics solver for astrophysical and cosmological applications},
author = {Matthieu Schaller and Josh Borrow and Peter W. Draper and Mladen Ivkovic and Stuart McAlpine and Bert Vandenbroucke and Yannick Bahé and Evgenii Chaikin and Aidan B. G. Chalk and Tsang Keung Chan and Camila Correa and Marcel van Daalen and Willem Elbers and Pedro Gonnet and Loïc Hausammann and John Helly and Filip Huško and Jacob A. Kegerreis and Folkert S. J. Nobels and Sylvia Ploeckinger and Yves Revaz and William J. Roper and Sergio Ruiz-Bonilla and Thomas D. Sandnes and Yolan Uyttenhove and James S. Willis and Zhen Xiang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.13380},
year = {2024}
}
备注
43 pages, 20 figures, accepted for publication in MNRAS. Code, documentation, and examples available at www.swiftsim.com