Student World

***tisková zpráva Evropské jižní observatoře č. 53/2012

Na odlehlém stanovišti ve vysoké nadmořské výšce v chilských Andách byl nedávno instalován a otestován jeden z nejvýkonnějších superpočítačů na světě. Podařilo se tak docílit jednoho z významných milníků na cestě ke kompletaci teleskopu ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), který patří k nejkomplikovanějším pozemním astronomickým přístrojům v historii. Jednoúčelový superpočítač ALMA korelátor obsahuje přes 134 milionů procesorů a provede 17 biliard operací za sekundu. To je srovnatelné s nejrychlejšími univerzálními superpočítači, které jsou dnes k dispozici.

Korelátor je jednou z nejdůležitějších komponent celého systému ALMA, astronomického radioteleskopu, který je tvořen polem 66 talířových antén. Antény jsou rozmístěny na vzdálenost až 16 km a zachycují slabé záření přicházející z kosmických objektů. 134 milionů procesorů tohoto počítače pak neustále kombinuje a srovnává signály zachycené anténami a umožňuje jim pracovat jako jeden mohutný dalekohled. Signál z každé antény musí být kombinován se všemi ostatními. Při maximální kapacitě korelátoru 64 antén [1] je každou sekundu provedeno 17 biliard operací [2]. Korelátor byl navržen a postaven speciálně pro tento účel, ale množství výpočtů prováděné za sekundu je srovnatelné s výkonem těch nejrychlejších dnešních univerzálních superpočítačů [3].  

„Tato unikátní výpočetní náročnost si vyžádala inovativní ´dyzajn´, a to jak jednotlivých komponent, tak celkové architektury korelátoru,“ říká Wolfgang Wild (ESO), evropský manažer projektu ALMA.

Za návrh korelátoru, stejně jako za jeho konstrukci a instalaci, byla zodpovědná Americká národní rádiová observatoř (US National Radio Astronomy Observatory, NRAO), která je hlavním americkým partnerem projektu ALMA. Projekt korelátoru financovala americká národní vědecká nadace (US National Science Foundation) za přispění ESO. 
 
„Dokončení korelátoru a jeho uvedení do provozu představuje významný milník. Severní Amerika tak téměř splnila své závazky při konstrukci mezinárodní observatoře ALMA,“ řekl Mark McKinnon (NRAO), ředitel severoamerické části projektu ALMA. „Technická náročnost byla enormní, ale náš tým to zvládl,“ dodal.

Jako evropský partner ALMA poskytla ESO také svou klíčovou část korelátoru: do původního návrhu z dílny NRAO zapracovala kompletně nový a univerzální systém digitální filtrace vymyšlený v Evropě. Sestava 550 unikátních digitálních filtrů, samostatných komponent s elektronikou, byla pro ESO postavena Univerzitou v Bordeaux (Francie) [4]. Díky těmto filtrům je možné rozdělit záření pozorované anténami ALMA do takového množství pásem, které 32krát převyšuje možnosti původního návrhu. Každé z těchto pásem je navíc možné jemně ladit. „Takové významné vylepšení flexibility systému je fantastické. Dovolí nám rozdělit spektrum sledovaného záření takovým způsobem, že se můžeme přesně soustředit pouze jen na požadovanou vlnovou délku potřebnou pro dané pozorování, ať již budeme mapovat molekuly plynu v oblaku s probíhající tvorbou hvězd a nebo hledat ty nejvzdálenější galaxie ve vesmíru,“ říká Alain Baudry (University of Bordeaux), vedoucí evropské části projektu ALMA korelátoru.      
 
Další výzvou bylo extrémní stanoviště. Korelátor je umístěn přímo na pracovním stanovišti celého pole antén ALMA (ALMA Array Operations Site, AOS), což je nejvýše položená technická budova s nejmodernější elektronikou na světě. Ve výšce 5000 metrů nad mořem je atmosféra řídká. Proto je pro chlazení přístroje potřeba dvojnásobný průtok vzduchu a systém ventilace tak odebírá 140 kilowattů energie. V řídké atmosféře není možné použít rotující paměťové disky, jelikož magnetické hlavy pro zápis a čtení se pohybují po vzduchovém polštáři, který brání jejich mechanickému kontaktu s plotnami disku. Seismická aktivita je zde rovněž častá. Proto bylo potřeba navrhnout korelátor tak, aby odolal vibracím při zemětřesení.     

Vědecká pozorování s přístrojem ALMA započala v roce 2011 s neúplným polem antén. Oddíl korelátoru byl již používán pro kombinování signálů z neúplné sestavy antén, ale nyní byl celý systém zkompletován. Korelátor je tak připraven na zahájení činnosti teleskopu ALMA s ještě větším počtem antén, díky kterému se dále zvýší citlivost a kvalita obrazu při pozorování.  

Dokončení dalekohledu ALMA se blíží a jeho slavnostní inaugurace proběhne v březnu 2013.

Převzato ze stránek Hvězdárny Valašské Meziříčí 

Poznámky

[1] ALMA korelátor je jedním z dvojice podobných systémů pracujících při komplexu ALMA. Celkový počet 66 antén systému ALMA je tvořen 50 anténami hlavního pole  (polovinu poskytla ESO, druhou část NRAO) a dalšími 16 anténami, které představuje takzvané kompaktní pole ALMA (ACA, Atacama Compact Array), jehož realizaci zajistila Japonská národní astronomické observatoř NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan). Druhý korelátor postavila firma Fujitsu pro japonského partnera (NAOJ). Poskytuje nezávislou korelaci signálu šestnácti antén menšího pole ACA v okamžicích, kdy signál z těchto antén není kombinován s ostatními padesáti ve velkém hlavním poli.        

[2] 17 biliard = 17 000 000 000 000 000

[3] Současný rekordman na seznamu TOP500 univerzálních superpočítačů se jmenuje Titan (Cray Inc.), u kterého byl naměřen počet 17,59 biliard operací za sekundu (17,59 petaFLOPS – FLoating-point Operations Per Second). Je třeba si však uvědomit, že ALMA korelátor je jednoúčelový superpočítač a není tedy možné jej do tohoto žebříčku zařadit.

[4] Tato práce je pokračováním nového konceptu korelátoru vytvořeného na univerzitě v Bordeaux v konsorciu s Nizozemským ASTRON a observatoří Arcetri (Itálie).

autor Jiří Srba