Как радиотелескоп научили снимать небо за 5 микросекунд ✛
Радиотелескоп из тысяч антенн похож на гигантское ухо, которое слышит всё небо сразу. Но ухо не умеет рисовать картинку. Раньше приходилось перемножать сигналы от каждой пары антенн, и чем больше антенн, тем больше пар — как рукопожатия на вечеринке: десять гостей дают сорок пять рукопожатий, а тысяча гостей — почти полмиллиона. Для телескопа с десятками тысяч антенн это становится неподъёмным.
Авторы перенесли этот метод на программируемую логику — чип, который выполняет множество операций одновременно, как фабрика с тысячей конвейеров. Прототип на карте AMD Alveo V80 принимает сигналы от 256 антенн и каждые 5 микросекунд выдаёт кадр неба размером 64×64 пикселя. Это как фотографировать ночное небо со скоростью 195 000 кадров в секунду. Проверка на синтетических данных показала, что все источники встали на свои места, включая искусственно добавленную вспышку.
Раньше было неясно, сможет ли метод работать с десятками тысяч антенн. Теперь показано: одна карта справляется с массивом из 20 000 элементов. Секрет в том, что чип выполняет преобразования Фурье параллельно и с меньшим энергопотреблением, чем графические процессоры. Это не просто ускорение, а смена подхода: вместо хранения миллионов попарных произведений вычисляется сразу изображение. Уже сегодня этот метод может быть встроен в телескоп SKA-Low, который использует те же карты, для непрерывного мониторинга всего неба.
Карта AMD Alveo V80, использованная в прототипе, идентична той, что уже стоит в корреляторе и формирователе лучей SKA-Low. То есть один и тот же ускоритель может и считать корреляции, и напрямую строить изображения.
Идея мгновенного «фотографирования» всего неба напоминает систему мониторинга в романе Карла Сагана «Контакт», где массив радиотелескопов непрерывно сканирует небо в поисках сигналов. Только здесь вместо поиска внеземного разума — охота за быстрыми космическими взрывами.