Supermicro sustav prvi snimio fotografije na horizontu Crne Rupe

Prvo snimanje horizonta Crne Rupe uključivalo je međunarodno partnerstvo 8 radio teleskopa uz obradu podataka na MIT-u i Institutu Max Planck u Njemačkoj. Doprinosu sjajnih znanstvenika doprinijela je računalna snaga današnje IT infrastrukture. Obrada 4 petabajta (PB) podataka generiranih u sklopu projekta u 2017. godini, za originalne fotografije koristi poslužitelje i sustave za pohranu podataka, a mnogi od tih poslužitelja su Supermicrovi.

Crna Rupa okružena je područjem koje se naziva horizontom. Horizont ima jaku, ali konačnu zakrivljenost. Zračenje se može emitirati iz horizonta putem materijala koji pada u crnu rupu ili kvantno-mehaničkim procesima koji omogućuju paru čestica/antičestica da se činkovito izbace iz crne uloge oslobađajući zračenje (Hawkingovo zračenje). Crne Rupe se u našem sustavu pojavljuju u različitim veličinama, ovisno o njihovoj masi. Hawkingova radijacija na kraju rezultira "isparavanjem" crne rupe, a manje masivne crne rupe ispravaju brže od većih i masivnijih crnih rupa. Vjeruje se da su super-masivne, dugovječne crne rupe u središtu većine galaksija, uključujući i naš Mliječni put. Do 2019. godine, nitko nije uspio snimiti prostor oko crne rupe.

Projekt snimanja horizonta Crne Rupe

Radio teleskopi omogućuju promatranje čak i u prisutnosti oblaka, a mikrovalno zračenje ne apsorbiraju međuzvjezdani oblaci prašine. Iz tog razloga, radio teleskopi omogućuju pouzdanije snimanje mnogih nebeskih objekata. Ova crna rupa nalazi se na udaljenosti 55 milijuna svjetlosnih godina i 3 milijuna puta je veća od Zemlje, s masom 6,5 milijardi puta većom od Zemljinog Sunca.

Obrada i pohrana EHT podataka

Podaci o promatranjima prikupljeni su u razdoblju 5.-11.4.2017. Ova opažanja su provedena na svakoj lokaciji s obzirom na povoljne vremenske uvjete. Svaki teleskop je generirao oko 350 TB podataka dnevno, a EHT mjesta su zabilježila podatke s 64 GB/s. Podaci su paralelno snimljeni s 4 digitalna sustava (DBE)  na 32 hellium-filled hard diska ili 128 HDD-a po teleskopu. Dakle, za 8 teleskopa korišteno je 1024 HDD-a. Helium-filled HDD-ovi pokazali su se vrlo pouzdanima na velikim visinama. Obrada prikupljenih podataka izvršena je istovremeno pomoću korelatora na MIT-u i Institutu Max Planck.

Korištenje naprednih algoritama za obradu signala kako bi se procesuirali podaci, glavna je značajka dobivanja nevjerojatnih fotografija horizonta crne rupe. Putem prijamnika i elektronike na svakom teleskopu, nebeski signal miješa se s novom frekvencijom, digitalizira i snima izravno na hard disk, što rezultira petabajtima sirovih podataka VLBI naponskog signala. Korelator a priori koristi Zemljinu geometriju i model sata kako bi  uskladio signale svakog teleskopa na zajedničku vremensku referencu.Takđer, izračunata je i osjetljivost antena kako bi se dobio koeficijent korelacije između različitih antena.

Stvarna obrada izvršena je uz pomoć softvera DiFX računalnih grupacija visokih performansi u MPI-iju i MIT-u. Grupacije se sastoje od 100 servera, tisuća jezgri visokoučinkovite umreženosti i RAID poslužitelja za pohranu. MPI grupa, smještena u Bonnu, sastoji se od 3 Supermicro poslužitelja, 68 računskih čvorova, 11 Supermicro RAID poslužitelja koji pokreću BeeGFS paralelni sustav s kapacitetom od 1,6 petabajta, FDR Infiniband umrežavanjem, 15 Mark 5 reprodukcijskih jedinica te 9 Mark 6 jedinica.

3 generacije Supermicro servera korištene su uz dva najnovija 10-jezgrena Intel Xeon procesora. Mreža se sastoji od Mellanox 100/50/40/25 GbE preklopnika s većinom čvorova na mreži velike brzine od 25GbE ili višim Mellanox PCle dodatnim NIC-ovima. Osim snimača Mark 6, pohranjeno je i pola petabajta na raznim Supermicro poslužiteljima za pohranu podataka za pripremu neobrađenih podataka i arhivu koreliranih podataka.

Supermicro u EHT korelatorima

Korelatori opsežno koriste Supermicrov veliki portfolio Intel Xeon procesora i Building Stock Solutions kako bi implementirali potpuno optimizirana rješenja za računanje i pohranu za razna radna opterećenja. Zbog velike potražnje resursa za DiFX, 2X2 clustered Supermicro mora biti u ulozi pokretanja korelacija; izrezivanje dijelova korelacija na računske čvorove; i prikupljanje i kombiniranje obrađenih korelacijskih komada i ispisivanje koreliranih podataka. Ovi 4U 2 procesori, s 24 3,5-inčnim glavnim pogonskim čvorovima ugrađenima u hardverski SAS RAID kontroler, služe za postizanje visokih izlaznih brzina prijenosa i zaštite podataka.

Postoji ukupno 60 računalnh čvorova koji čime MIT grupu. Postoji 38 čvorova Supermicro TwinPro višestrukog sustava s Intel Xeon procesorima. Twin višestrukočvorni sustav sadrži dva neovisna dvoprocesorska računska čvora u jednom sustavu koji udvostručuju zbijenost tradicionalnih rackmount sustava uz dijeljenje snage i hlađenje za poboljšanu energetsku učinkovitost i servisiranje.

 

 

Grupirani čvorovi za pohranu konfigurirani su redudantnim visokoučinkovitim izvorima napajanja i optimiziranim redudantnim hlađenjem radi uštede energije. SAS3 ekspanzijskom opcijom za jednostavnost međusobnog povezivanja, kao i raznim mogućnostima pogona ovisno o zadatku. U jezgri MIT DiFX korelatora nalazi se visokoučinkovita grupa za pohranu podataka temeljena na 4 Supermicro sustava za pohranu kako bi se postigla visok I/O propusnosti dostupnost podataka putem 10 Gigabit Etherneta i RAID kontrolera. Ovi sustavi izgrađeni su na temelju različitih Supermicro poslužiteljskih ploča i šasije s podrškom za dual ili pojedinačne Intel Xeon procesore, SAS3 pogonima s ugrađenim hardverskim RAID kontrolerima, ugrađenim dual 10 GbE za učinkovito umrežavanje, do 2 TB DDR4 memorijom i 7 utora PClE 3.0 za vanjske pogone.

 

 

Obrada EHT podataka

Iako djeluje kao jedinstveni instrument, EHT je ustvari mješavina novih i dobro uvježbanih stanica, jednokratnih teleskopa i faznih polja s različitim dizajnom i operacijama. Svaki ciklus promatranja tijekom posljednjih godina bio je popraćen uvođenjem teleskopa u polje i/ili značajnim promjenama i nadogradnjom postojećih stanica, hardvera za prikupljanje podataka  i zabilježenom propusnošću.

EHT opažanja rezultiraju podacima koji obuhvaćaju širok raspon omjera i šuma (S/N) zbog heterogene prirode polja, a visoka frekvencija promatranja proizvela je podatke posebno osjetljive na sustavnost u signalnom lancu. Ti čimbenici, zajedno s tipičnim izazovima vezanima uz VLBI, potaknuli su razvoj specijaliziranih tehnika obrade i mjerenja.

Krajnji rezultat svega toga, uključujući intenzivnu međunarodnu suradnju, bila je prva fotografija horizonta crne rupe.

 

Za više informacija posjetite: SUPERMICRO.COM