StePS: A multi-GPU cosmological N-body Code for compactified simulations

Rácz, Gábor R.; Szapudi, István; Dobos, László; Csabai, István; Szalay, Alexander S.

doi:10.1016/j.ascom.2019.100303

Cited by 5 publications

(3 citation statements)

References 26 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…This is, for instance, the approach followed by the HACC code (Habib et al 2016), when running one of the largest simulations to date with 3.6 trillion particles; and also by the ABACUS code (Garrison et al 2018). Direct summation enabled by GPUs has also been adopted by Rácz et al (2019) for compactified simulations, where there is an additional advantage that only a small subset of the volume has to be followed down to z = 0 (cf. Sect.…”

Section: φ(Xmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Large-scale dark matter simulations

Angulo,

Hahn

2021

Preprint

View full text Add to dashboard Cite

We review the field of collisionless numerical simulations for the large-scale structure of the Universe. We start by providing the main set of equations solved by these simulations and their connection with General Relativity. We then recap the relevant numerical approaches: discretization of the phase-space distribution (focusing on N -body but including alternatives, e.g., Lagrangian submanifold and Schrödinger-Poisson) and the respective techniques for their time evolution and force calculation (Direct summation, mesh techniques, and hierarchical tree methods). We pay attention to the creation of initial conditions and the connection with Lagrangian Perturbation Theory. We then discuss the possible alternatives in terms of the micro-physical properties of dark matter (e.g., neutralinos, warm dark matter, QCD axions, Bose-Einstein condensates, and primordial black holes), and extensions to account for multiple fluids (baryons and neutrinos), primordial non-Gaussianity and modified gravity. We continue by discussing challenges involved in achieving highly accurate predictions. A key aspect of cosmological simulations is the connection to cosmological observables, we discuss various techniques in this regard: structure finding, galaxy formation and baryonic modelling, the creation of emulators and light-cones, and the role of machine learning. We finalise with a recount of state-of-the-art large-scale simulations and conclude with an outlook for the next decade.

show abstract

Section: φ(Xmentioning

confidence: 99%

“…Note that an alternative approach to account for non-periodic boundary conditions have been recently proposed (Rácz et al 2018(Rácz et al , 2019. In such 'compactified' simulations an infinite volume is mapped to the surface of a four-dimensional hypersphere.…”

Section: Super-sample Covariance and Ensemblesmentioning

confidence: 99%

Large-scale dark matter simulations

Angulo,

Hahn

2021

Preprint

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…A StePS szimulációk elméletének kidolgozása után implementáltam az első, ilyen szimulációs programot C++ nyelven, ami képes egyszerre nagy számú GPGPU-n futni [62]. A megírt implementáció neve StePS , és szabadon hozzáférhető GNU GPL licenc v2 verziója alatt a https://github.com/eltevo/StePS oldalon.…”

Section: Fejezet a Steps Szimulációk Masszív Párhuzamosítása Gpu Klas...unclassified

Kozmológiai modellek vizsgálata numerikus szimulációkkal

Gábor¹

2020

View full text Add to dashboard Cite

Jelenleg a kozmológia standard modellje a ΛCDM modell, mely hideg sötét anyagot és sötét energiát tartalmaz. A modern kozmológia egyik alapvető kérdése az ezt a modellt jellemző paraméterek meghatározása. A kialakuló sötétanyag-struktúrák statisztikai tulajdonságai függenek ezektől a paraméterektől, így szimulált univerzumok és csillagászati megfigyelések összehasonlításával a kozmológiai paraméterek meghatározhatók. Egy táguló univerzumban, a sötét anyag struktúráinak nem lineáris fejlődését N-test szimulációkkal modellezhetjük. Ilyen szimulációkat a XX. század utolsó negyedétől kezdve futtatnak a kozmológusok. A jelentős fejlődés az informatikában lehetővé tette, hogy mára már több ezermilliárd részecskével modellezhetjük a sötét anyag viselkedését a különböző kozmológiai modellekben. Ezek a szimulációk egy véges, periodikus térfogatban történnek, mivel az Univerzum végtelen térfogatát homogén felbontással nem lehet leszimulálni. Ilyen jellegű periodicitást a csillagászati megfigyelések nem tudtak kimutatni, így ezt a határfeltételt a valóság közelítésének tekintjük. Dolgozatomban a hagyományos szimulációs algoritmustoktól több szempontból is eltérő módszereket vizsgáltam.A dolgozat első részében áttekintem a modern kozmológia történetét és alapjait, különös tekintettel a hagyományos, periodikus kozmológiai szimulációknál használt eljárásokra, és az ezekhez tartozó kezdeti feltételek előállítására. Ezek ismertetése azért lényeges, mivel az itt bemutatott módszerekre épülnek az általam leírt új algoritmusok.A dolgozat második részében leírom a sötét anyag fejlődésének modellezésére kidolgozott új szimulációs algoritmusomat, és meghatározom, hogy speciálisan ehhez hogyan kell előállítani a kezdet feltételeket. A módszer neve StePS (Steoreographically Projected Simulations -Sztereografikusan Projektált Szimulációk), és lényege, hogy a végtelen térfogatú univerzumot egy véges, kompakt térfogatra képezzük le a inverz sztereografikus projekcióval izotróp módon, majd ebben a kompakt térben számítjuk a sötét anyag struktúráinak fejlődését. Ezekben a szimulációkban anyageloszlás a valódi térben nem állandó felbontású: a felbontás sugárirányban csökken, így az új algoritmus tekinthető egy új "zoom-in" szimulációs módszernek. A StePS módszer segítségével néhány millió részecskével közel ugyanakkora dinamikai tartomány vizsgálható, mint egy több milliárd részecskét tartalmazó hagyományos szimuláció esetén. Ennek

show abstract

Large-scale dark matter simulations

Angulo

Hahn

2022

Living Rev Comput Astrophys

View full text Add to dashboard Cite

We review the field of collisionless numerical simulations for the large-scale structure of the Universe. We start by providing the main set of equations solved by these simulations and their connection with General Relativity. We then recap the relevant numerical approaches: discretization of the phase-space distribution (focusing on N-body but including alternatives, e.g., Lagrangian submanifold and Schrödinger–Poisson) and the respective techniques for their time evolution and force calculation (direct summation, mesh techniques, and hierarchical tree methods). We pay attention to the creation of initial conditions and the connection with Lagrangian Perturbation Theory. We then discuss the possible alternatives in terms of the micro-physical properties of dark matter (e.g., neutralinos, warm dark matter, QCD axions, Bose–Einstein condensates, and primordial black holes), and extensions to account for multiple fluids (baryons and neutrinos), primordial non-Gaussianity and modified gravity. We continue by discussing challenges involved in achieving highly accurate predictions. A key aspect of cosmological simulations is the connection to cosmological observables, we discuss various techniques in this regard: structure finding, galaxy formation and baryonic modelling, the creation of emulators and light-cones, and the role of machine learning. We finalise with a recount of state-of-the-art large-scale simulations and conclude with an outlook for the next decade.

show abstract

StePS: A multi-GPU cosmological N-body Code for compactified simulations

Cited by 5 publications

References 26 publications

Large-scale dark matter simulations

Large-scale dark matter simulations

Kozmológiai modellek vizsgálata numerikus szimulációkkal

Large-scale dark matter simulations

Contact Info

Product

Resources

About