Superpočítač v největší nadmořské výšce je připraven ke spuštění

ESO 053/12 tisková zpráva

ALMA korelátor propojí jednotlivé antény do jednoho obřího teleskopu

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.

Zdroj

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).

Další informace

Mezinárodní astronomická observatoř ALMA je společným projektem Evropy, severní Ameriky a východní Asie ve spolupráci s Chilskou republikou. ALMA je za Evropu financována ESO, za severní Ameriku NSF (National Science Foundation) ve spolupráci s NRC (National Research Council of Canada) a s NSC (National Science Council of Taiwan) a za východní Asii NINS (National Institutes of Natural Sciences) v Japonsku ve spolupráci s AS (Academia Sinica) na Taiwanu. Výstavba a provoz observatoře ALMA jsou ze strany Evropy řízeny ESO, ze severní Ameriky NRAO (National Radio Astronomy Observatory), která je řízena AUI (Associated Universities, Inc.), a za východní Asii NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan). Spojená observatoř ALMA (JAO, Joint ALMA Observatory) poskytuje jednotné vedení a řízení stavby, plánování a provoz teleskopu ALMA.

V roce 2012 si připomínáme padesáté výročí založení Evropské Jižní Observatoře (ESO). ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy a v současnosti nejproduktivnější pozemní astronomická observatoř. ESO podporuje celkem 15 členských zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a úspěšný chod výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také vedoucí úlohu při podpoře a organizaci spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal provozuje Velmi velký teleskop (VLT), což je nejvyspělejší astronomická observatoř pro viditelnou oblast světla, a také dva další přehlídkové teleskopy. VISTA pracuje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým dalekohledem na světě, dalekohled VST (VLT Survey Telescope) je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy výhradně ve viditelné části spektra. ESO je evropským partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Pro viditelnou a blízkou infračervenou oblast ESO rovněž plánuje nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope) s primárním zrcadlem o průměru 39 metrů, který se stane „největším okem do vesmíru“.

Odkazy

• observatoř ALMA a ESO
• Mezinárodní observatoř ALMA

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Alain Baudry; Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux, Université Bordeaux; Floirac, France; Tel.: +33 5 57 77 61 62; Email: baudry@obs.u-bordeaux1.fr

Douglas Pierce-Price
; Public Information Officer, European Southern Observatory
; Garching bei München, Germany;
Tel.: +49 89 3200 6759; Email: dpiercep@eso.org

John Stoke; National Radio Astronomy Observatory (NRAO); Charlottesville, USA; Tel.: +1 434 244 6816; Email: jstoke@nrao.edu

Toto je překlad tiskové zprávy ESO eso1253. ESON -- ESON (ESO Science Outreach Network) je skupina spolupracovníku z jednotlivých členských zemí ESO, jejichž úkolem je sloužit jako kontaktní osoby pro lokální média.