Alle lichten op groen voor hoogste supercomputer

Een van de krachtigste supercomputers ter wereld staat nu helemaal compleet en bedrijfsklaar op zijn afgelegen, hoge locatie in de Noord-Chileense Andes. Daarmee is een van de laatste grote mijlpalen bereikt bij de voltooiing van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), de meest geavanceerde telescoop aller tijden. De speciaal voor ALMA gebouwde ‘correlator’ telt meer dan 134 miljoen processors en kan 17 biljard berekeningen per seconde uitvoeren – een snelheid die vergelijkbaar is met die van de snelste universele supercomputers van dit moment. 

De correlator is een cruciaal onderdeel van ALMA, een telescoop bestaande uit een opstelling van 66 schotelvormige antennes verspreid over een afstand van maximaal zestien kilometer. De 134 miljoen processors van de correlator zijn voortdurend bezig om de zwakke kosmische signalen die de antennes opvangen met elkaar te combineren en vergelijken. Hierdoor kunnen de antennes als één enorme telescoop fungeren. De informatie die elke antenne verzamelt, moet met die van elke andere antenne worden gecombineerd. Op zijn maximale capaciteit van 64 antennes moet de correlator maximaal 17 biljard berekeningen per seconde uitvoeren. De correlator is speciaal voor deze taak ontworpen, maar zijn snelheid doet niet onder voor die van de snelste supercomputers ter wereld .

‘Deze unieke rekenuitdaging vroeg om een innovatief ontwerp, zowel voor de afzonderlijke componenten als voor de totale architectuur van de correlator,’ zegt Wolfgang Wild, de Europese ALMA-projectmanager, van ESO.

Het eerste ontwerp van de correlator, en zijn bouw en installatie, stond onder leiding van de Amerikaanse National Radio Astronomy Observatory (NRAO), de belangrijkste Noord-Amerikaanse partner in ALMA. Het correlatorproject werd gefinancierd door de Amerikaanse National Science Foundation, met bijdragen van ESO.

‘De voltooiing en installatie van de correlator is een enorme mijlpaal in de uitvoering van het Noord-Amerikaanse aandeel in het internationale ALMA-constructieproject,’ zegt Mark McKinnon, de Noord-Amerikaanse ALMA-projectdirecteur bij de NRAO. ‘De technische uitdagingen waren enorm, maar het is ons team gelukt.’

Als de Europese partner in ALMA speelde ook ESO een sleutelrol bij de totstandkoming van de correlator: in het eerste NRAO-ontwerp is een compleet nieuw en veelzijdig digitaal filtersysteem van Europees makelij opgenomen. De 550 geavanceerde printplaten voor deze digitale filters zijn ontworpen en gemaakt door de Universiteit van Bordeaux (Frankrijk). Met deze filters kan het licht dat ALMA opvangt in 32 keer zoveel golflengtegebieden worden gesplitst dan in het oorspronkelijke ontwerp mogelijk was, en elk van deze gebieden kan nauwkeurig worden ingesteld.

‘Deze enorm verbeterde flexibiliteit is fantastisch: zij stelt ons in staat om ons op precies die golflengten te concentreren die we voor een bepaalde waarneming nodig hebben – of dat nu het in kaart brengen van de gasmoleculen in een stervormingsgebied is of het speuren naar de verste sterrenstelsels in het heelal,’ zegt Alain Baudry van de Universiteit van Bordeaux, de Europese teamleider van de ALMA-correlator.

Een andere uitdaging was de extreme locatie. De correlator staat in het technische hoofdgebouw van de ALMA Array Operations Site (AOS), het hoogste hightechgebouw ter wereld. Daar, op een hoogte van vijfduizend meter, is de lucht zo ijl, dat een twee keer zo sterke luchtstroom nodig is om de machine, die een vermogen van ongeveer 140 kilowatt heeft, te koelen. In die ijle lucht kunnen ook geen draaiende harde schijven worden gebruikt, omdat het ‘kussen’ van lucht dat voorkomt dat de lees/schrijfkop in aanraking komt met de dataschijf te dun is. En omdat de correlator in een aardbevingsgebied staat, moet hij ook bestand zijn tegen hevige trillingen.

De wetenschappelijke waarnemingen met ALMA zijn in 2011 van start gegaan met een deel van de antennes. Een stuk van de correlator werd al gebruikt om de signalen van de gedeeltelijke array te combineren, maar nu is het systeem compleet. De correlator is klaar om ALMA met een groter aantal antennes te laten werken, wat de gevoeligheid en beeldkwaliteit van de waarnemingen vergroot.

ALMA is bijna voltooid en zal in maart 2013 feestelijk in gebruik worden gesteld.