GPU對(duì)世界上最大的望遠(yuǎn)鏡有什么幫助?

從宇宙最古老、最遙遠(yuǎn)的星系中，我們往往能夠獲知一些關(guān)于人類(lèi)未來(lái)發(fā)展的“蛛絲馬跡”。但是，如果沒(méi)有GPU，即便是借助世界上最大的望遠(yuǎn)鏡，科學(xué)家們也無(wú)法清晰地觀測(cè)到這些星系。

相比哈勃望遠(yuǎn)鏡在過(guò)去30年間向地球傳輸?shù)膱D像，E-ELT（歐洲特大望遠(yuǎn)鏡）拍攝到的圖像銳度要高出15倍。E-ELT位于智利的一座山頂，計(jì)劃將于2024年投入使用。該望遠(yuǎn)鏡收集到的光線將比哈勃望遠(yuǎn)鏡所收集到的光線亮度提升超過(guò)200倍。科學(xué)家將借助該望遠(yuǎn)鏡以前所未有的精細(xì)水平研究宇宙，并探索遙遠(yuǎn)星系。

圖片為 E-ELT 效果圖，由歐洲南方天文臺(tái)、阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué) (KAUST) 和巴黎天文臺(tái)提供。

“它可以告訴我們宇宙的起源，讓我們了解星系如何演化，甚至可以預(yù)測(cè)出銀河系隨著時(shí)間的推移會(huì)發(fā)生的變化，”巴黎狄德羅大學(xué)－巴黎第七大學(xué)教授兼巴黎天文臺(tái)空間天體物理研究實(shí)驗(yàn)室 (LESIA) 研究科學(xué)家Damien Gratadour在GPU技術(shù)大會(huì)的一次研討會(huì)中說(shuō)道。

一位藝術(shù)家描繪的 E-ELT 運(yùn)行場(chǎng)景圖。

聚焦外太空

E-ELT是第一臺(tái)采用了所謂自適應(yīng)光學(xué)的望遠(yuǎn)鏡，可以減少湍流對(duì)光束的影響，并提供更高且均勻的圖像質(zhì)量。如同天氣炎熱時(shí)看到路面會(huì)閃光一樣，這種湍流也會(huì)為科學(xué)家的探測(cè)帶來(lái)麻煩，讓他們難以捕獲到清晰銳利的宇宙圖像。

“如果超大型望遠(yuǎn)鏡不具備自適應(yīng)光學(xué)功能，那么它就像開(kāi)高速跑車(chē)卻只用一檔一樣，無(wú)法充分施展其性能?！焙虶ratadour一起從事E-ELT工作的阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)資深研究科學(xué)家Hatem Ltaief說(shuō)道。而這正是GPU的關(guān)鍵價(jià)值所在。

這些科學(xué)家們幾年前在GTC大會(huì)上相遇，目前正在專(zhuān)注于運(yùn)行由GPU提供技術(shù)支持的模擬運(yùn)算，以預(yù)測(cè)E-ELT的不同配置對(duì)圖像質(zhì)量的影響方式。望遠(yuǎn)鏡反射鏡角度的變化、不同數(shù)量的相機(jī)以及其他因素均可能會(huì)改善圖像質(zhì)量。

“我們正在尋找兼具科學(xué)效果和價(jià)格優(yōu)勢(shì)的最優(yōu)方案。”Gratadour說(shuō)道。

數(shù)秒內(nèi)的模擬星系觀測(cè)

Ltaief和Gratadour正在利用兩臺(tái)NVIDIA DGX-1 AI超級(jí)計(jì)算機(jī)（一臺(tái)配有Tesla P100 GPU，另一臺(tái)配有Tesla V100 GPU），以并行的方式運(yùn)行多種模擬并做出實(shí)時(shí)更改。

“使用DGX-1時(shí)，模擬幾個(gè)星系的觀測(cè)只需要幾秒鐘，”Ltaief說(shuō)道，“幾年前，這一過(guò)程將花費(fèi)數(shù)天?！?/p>

這兩位科學(xué)家的下一步計(jì)劃是利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，以便更精確地預(yù)測(cè)最有效提高圖像質(zhì)量的配置組合。但他們還沒(méi)有做更為詳細(xì)的討論，為此Ltaief解釋道：“我們非常希望明年可以再次來(lái)到GTC大會(huì)，屆時(shí)再討論這些計(jì)劃。”