Lumina 早期宇宙模拟项目正式对外公布成果，依托 Frontier E 级超算，动用 7536 块 AMD Instinct MI250X GPU，搭配十万级 CPU 核心，成功还原宇宙黑暗时代结束、第一批恒星点亮的全过程，覆盖大约 16 亿光年的立方体空间，跟踪大爆炸后前 20 亿年的物质、辐射、氢氦再电离变化，解决过去宇宙模拟要么范围很小、要么细节粗糙的痛点，它的模拟体积比之前顶尖同类模拟大 100 倍，还可以同时兼顾星系微观形成和宇宙大尺度结构演化，整套模型包含 4320 亿个暗物质粒子和气网格点，每一步都同步计算引力、气体流体、光子辐射反馈，拿到的数据可以直接和韦布望远镜实拍观测结果对照，用来校验现有宇宙演化理论，寻找模型和真实天象之间的偏差。早期宇宙的再电离计算特别吃算力，光子在中性气体里传播、电离原子、反过来改变气体密度，是一环扣一环的耦合计算，普通集群跑不动这种双向反馈；以前很多模拟只能分开算结构和辐射，Lumina 做到辐射效果实时回写到演化模型里，也是首个完整包含氦再电离闭环反馈的大规模宇宙模拟。
项目硬件配置清单
- 超算平台：Frontier，美国橡树岭国家实验室 E 级超算
- GPU：7536 片 AMD Instinct MI250X
- CPU：105504 个 CPU 核心，一共 1884 个计算节点
- 峰值内存：接近 600 TB
- 快照存储：单份检查点数据约 250 TB，写入速度接近 1 TB/s
- 模拟范围：边长约 16 亿光年立方体，时间窗口：大爆炸后约 4500 万年起，持续 20 亿年
Lumina 和旧模拟的核心差别
- 空间规模：旧高分辨率模拟大多只有几千万光年级别，Lumina 直接放大百倍。
- 质量分辨率：相比 IllustrisTNG，质量分辨率提升大约 30 倍，能分辨独立矮星系。
- 辐射闭环：同步计算氢、氦双重再电离，辐射会改变气体，气体改变引力分布，双向耦合。
- 观测对标：输出虚拟巡天图像，直接匹配韦布、罗曼望远镜的观测波段。
整套模拟计算流程
- 初始化：载入宇宙学初始条件，按照宇宙微波背景的微小密度起伏布置暗物质与气体。
- 引力与流体步进：每一轮迭代，计算暗物质引力汇聚、气体压缩冷却，形成初代恒星种子。
- 辐射传输计算：恒星释放光子，在网格里追踪光的传播，电离沿途中性氢、氦原子。
- 反馈回写：电离带来温度、压强变化，反过来改变气体流动、恒星形成速率。
- 定期快照落地：按时间节点保存全量宇宙状态，生成可分析的数据与可视化素材。
- 交叉比对：将模拟里的星系数量、光度、电离边界，和天文望远镜观测数据对比，修正模型参数。
项目科学目标清单
✅ 追踪黑暗时代结束、宇宙第一缕光的出现和扩散
✅ 搞清楚氢、氦再电离的先后顺序和空间分布
✅ 研究早期矮星系对再电离过程的贡献
✅ 分析星系之间气体如何流动、物质循环
✅ 给韦布望远镜的早期星系观测提供对照样本
✅ 测试暗物质、宇宙学常数等基础参数模型
主流宇宙模拟对比表
| 项目 | 算力规模 | 模拟范围 | 辐射反馈特点 |
|---|---|---|---|
| Lumina | 7536 GPU + 十万级 CPU | 约 16 亿光年立方体 | 氢 + 氦再电离双向实时反馈 |
| IllustrisTNG | 中型超算集群 | 几亿光年 | 简化辐射模型，氦电离不完整 |
| 普通小体积再电离模拟 | 数百 GPU | 千万光年级别 | 分辨率高，但很难看大尺度结构 |
【常见问题】
问题 1：Lumina 项目使用 7536 块 GPU 模拟宇宙第一缕光，这个模拟到底在看什么？
回答 1：Lumina 使用 7536 块 GPU 模拟宇宙第一缕光，核心是重现宇宙黑暗时代结束之后，第一批恒星发光、氢和氦气体被电离的全过程，跟踪早期星系诞生和宇宙大尺度网状结构同步生长。
问题 2：Lumina 动用 7536 块 GPU 模拟宇宙第一缕光，为什么需要这么庞大的 GPU 算力？
回答 2：Lumina 动用 7536 块 GPU 模拟宇宙第一缕光，是因为它需要同时计算引力、流体、光子辐射，辐射还会反过来改变气体状态，属于强耦合计算，网格和粒子总量达到千亿级别，普通算力没法兼顾超大空间和精细分辨率。
问题 3：Lumina 用 7536 块 GPU 模拟宇宙第一缕光，模拟结果可以用来干什么？
回答 3：Lumina 用 7536 块 GPU 模拟宇宙第一缕光，产出的数据可以和詹姆斯・韦布望远镜实拍的早期星系对比，用来检验现在的宇宙演化理论，还能预判未来巡天望远镜会看到什么样的天体。
问题 4：Lumina 靠 7536 块 GPU 模拟宇宙第一缕光，和之前的宇宙模拟最大升级在哪？
回答 4：Lumina 靠 7536 块 GPU 模拟宇宙第一缕光，最大升级是在扩大一百倍模拟体积的同时，保留很高的质量分辨率，并且完整实现氦再电离的闭环反馈，不再把辐射和物质演化拆开单独计算。
【参考资料】
[2026-11-13]（算力巅峰！7536 块 GPU 模拟出宇宙第一缕光）快科技
[2026-10-26]（Frontier impiega 7.536 GPU AMD per tracciare l'evoluzione dell'universo）Hardware Upgrade
[2026-10-26]（Supercomputer Simulation Maps Universe’s First 2 Billion Years）Impact Newswire
[2026-10-29]（依托 E 级超算强大算力，规模最大、最详细的早期宇宙模拟系统创建）澎湃新闻
[2026-10-28]（依托 E 级超算强大算力 规模最大、最详细的早期宇宙模拟系统创建）山西科普网
【免责声明】
以上信息基于项目论文、超算官方资料以及科技媒体报道整理；Lumina 使用 7536 块 GPU 模拟宇宙第一缕光属于数值模型推演，不是直接观测；模型采用的宇宙学参数、反馈模型存在理论假设，后续会随着天文观测数据持续迭代优化，本文内容仅作科普参考，不代表最终定论。