Japonští vědci tvrdí, že k výrobě prvního použili AI Mléčná dráha model, který sleduje více než 100 miliard jednotlivých hvězd, což je skok v detailech a rychlosti, který by mohl změnit způsob, jakým vědci studují galaxie a další složité systémy, jako je klima a počasí.
Tým vedený Keiyou Hirashimou v centru iTHEMS společnosti RIKEN a spolupracující s vědci z Tokijské univerzity a Universitat de Barcelonazkombinované hluboké učení s konvenční simulací založenou na fyzice k vytvoření modelu hvězdy po hvězdě galaxie, který pokrývá 10 000 let evoluce. Projekt byl představen na superpočítačové konferenci SC ’25.
„Integrace umělé inteligence s vysoce výkonnými počítači znamená zásadní posun v tom, jak se vypořádáváme s víceúrovňovými a více fyzikálními problémy,“ řekl Hirashima. Dodal, že práce ukazuje, že umělá inteligence se může posunout „za hranice rozpoznávání vzorů a stát se skutečným nástrojem pro vědecké objevy“.
Simulace galaxie v měřítku 100 miliard hvězd by byla nemožná bez umělé inteligence
Simulace celé galaxie na úrovni jednotlivých hvězd byla dlouho mimo dosah kvůli obrovskému rozsahu měřítek. Realistický model musí vypočítat gravitaci přes celek galaxie a zároveň řeší rychlé události malého rozsahu, jako jsou výbuchy supernov a způsob, jakým poté proudí horký plyn. Zachycení těchto rychlých událostí vyžaduje malé časové kroky ve výpočtu, což dramaticky prodlužuje výpočetní čas. Podle jednoho odhadu v materiálech výzkumníků by špičková fyzikální simulace trvala asi 315 hodin, aby simulovala 1 milion let galaktického vývoje, což znamená, že miliarda let by vyžadovala více než 36 let počítačového času. Pouhé přidávání dalších superpočítačových jader je neefektivní: spotřeba energie prudce stoupá a výkon se snižuje.
Tým RIKEN vyškolil „náhradníka“ s hlubokým učením Model umělé inteligence na simulacích supernov s vysokým rozlišením, aby umělá inteligence mohla předpovědět, jak se plyn šíří zhruba 100 000 let po explozi. Tento náhradník, zapojený do hlavní simulace, převezme nákladnou práci v malém měřítku a uvolní fyzikální engine, aby mohl posunout celou galaxie mnohem rychleji bez ztráty jemných detailů.
Výsledkem byla simulovaná Mléčná dráha s více než 100 miliardami hvězd, což je asi 100krát více než u nejpokročilejších dřívějších modelů, vytvořených více než 100krát rychleji. Výzkumníci uvádějí, že simulace 1 milionu let nyní trvala 2,78 hodiny; tímto tempem by 1 miliarda let mohla být vyrobena za zhruba 115 dní namísto desetiletí. Tým ověřil přístup porovnáním výsledků s běhy na superpočítači Fugaku společnosti RIKEN a University of Tokijský Systém Miyabi. V souvisejícím popisku obrázku RIKEN poznamenal, že práce použila ekvivalent 7 milionů jader CPU k reprezentaci 100 miliard hvězdné galaxie.
Podle vědců má tato technologie potenciál přesahující astrofyziku
Vědci za prací tvrdí, že hybridní strategie AI-plus-physics má široký potenciál. Podnebí vědci, oceánografové a modeláři počasí čelí podobným problémům, jako jsou malé, rychlé procesy, které ovlivňují mnohem větší systémy. Rychlejší a přesné náhradní modely by mohly učinit dlouhodobé předpovědi a simulace s vysokým rozlišením praktičtější.
Hirashima řekl, že projekt také pomáhá odpovědět na hluboké vědecké otázky, včetně sledování toho, jak byly chemické prvky, které se staly planetami a životem, vytvořeny a šířily se po galaxii.
Pokrok však neznamená, že o galaktickém modelování bylo řečeno poslední slovo. Vědci kladou důraz na pečlivé ověření a srovnání s tradičními simulacemi. Přesto nová metoda nabízí způsob, jak překlenout propast mezi malou, rychlou fyzikou a galaxie-škálové chování a provádět to rychlostí, která umožňuje dříve nepraktické experimenty.
