Um novo simulador de n-corpos para cosmologia computacional utilizando GPUs

• Main Author: Diego Herbin Stalder Díaz
• Other Authors: Reinaldo Roberto Rosa
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) 2013
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2013/02.08.17.58

Nas últimas duas décadas a pesquisa sobre a origem e a evolução do Universo atingiu status de grande ciência, principalmente devido aos importantes resultados experimentais obtidos tanto a partir de grandes missões espaciais (satélite COBE em 1992), como também a partir de avançados experimentos numéricos desenvolvidos no âmbito da supercomputação (Consórcio Virgo em 1994). A cada dia, dezenas de artigos são publicados com novos resultados observacionais e teóricos lançando novos desafios científicos e tecnológicos. Um dos destaques é a demanda por novos simuladores de interação gravitacional em grandes escalas baseados em tecnologias com maior eficiência computacional. Nesse contexto, a presente pesquisa de mestrado apresenta, como principal resultado, um novo simulador de N-corpos, o COLATUS\_ENVIU, desenvolvido por iniciativa nacional entre o LAC-INPE e o IC-UFF para aplicações em cosmologia computacional. O estudo envolve a aplicação da tecnologia GPU / - CUDA na simulação da formação de estruturas gravitacionais em grandes escalas (16\textit{Mpc/h} $\textless$ L $\textless$ 128Mpc/h), incorporando características que permitem testar propostas teóricas alternativas para o modelo cosmológico A\textit{CDM}. Simulações do volume de Hubble compreendendo um número de elementos da ordem de 10$^{6}$ são apresentadas para as mesmas faixas de \textit{redshift}, condições de contorno e condições iniciais consideradas em simulações que não utilizam a tecnologia GPU. Estudos comparativos, envolvendo a função de correlação de dois pontos e a dispersão de velocidades também calculadas sobre resultados obtidos a partir do Consórcio VIRGO, comprovam o desempenho do simulador COLATUS\_ENVIU para aplicações em cosmologia computacional. === In the last two decades the study of the origin and evolution of the Universe achieved the status of big science mainly due to significant experimental results not only from major space missions (COBE satellite in 1992), but also from advanced numerical experiments performed by supercomputing (Virgo Consortium in 1994). Every day, dozens of articles are published with new observational and theoretical results bringing new scientific and technological challenges. One of the highlights is the demand for new simulators for gravitational interaction on large scales based on technologies with greater computational efficiency. In this context, this master's research presents, as main result, a new N-body simulation environment, named \textit{COLATUS\_ENVIU}, developed from a brazilian initiative between LAC-INPE and IC-UFF, for applications in computational cosmology. The study involves the application of GPU /CUDA technology for simulation of gravitationallarge-scale structure formation (8\textit{Mpc/h} $\textless$ \textit{L} $\textless$ 128 \textit{Mpc/h}), incorporating new features that allow one to test alternative theoretical proposals to the standard cosmological model A\textit{CDM}. Simulations of the Hubble volume comprising a number of elements in the arder of 10$^{6}$ are set to the same ranges of redshift, boundary conditions and initial condi-tions considered in the simulations that do not use the GPU technology. Comparative studies involving the two-point correlation function and the velocity dispersion, cal-culated also on results obtained from the Virgo consortium, prove the performance of the simulator \textit{COLATUS\_ENVIU} for applications in computational cosmology.