GADGET (GAlaxies with Dark matter and Gas intEracT)是国际上最有影响力的开源宇宙学并行模拟软件之一，该软件由德国马普天体物理研究所（Max-Planck-Institute for Astrophysics, MPA）的Volker Springel教授开发，主要应用于天文N体问题和光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH)。它基于MPI在集群上实现大规模并行宇宙模拟，可用于模拟星系的碰撞、合并、宇宙中大尺度结构的形成和演化等天文现象，并考虑了额外的天体物理过程，如辐射、冷却和加热，还可以基于光滑粒子模拟气态星系间介质的动力学，其模拟结果精细地刻画了宇宙大尺度结构的形成演化与暗物质晕的内部结构，以及恒星和星系盘的形成及演化过程。

Gadget-2是国际上第一个模拟问题规模达到百亿的开源天体物理数值模拟软件，它采用并行BH-Tree算法（基于分布式八叉树）和PM算法（基于三维并行傅里叶变换）完成了天文界著名的超大规模N体模拟——“千年模拟”（Millennium Simulation），相关论文被引用超过6500次，极大地推动了人们对于大尺度宇宙以及暗物质的形成与演化的理解。

针对不同的平台，Gadget软件已衍生出众多的分支版本来适应不同的并行架构和编程模式，例如针对GPU的OpenAcc版本OpenAcc-Gadget3、针对多核CPU架构的OpenMP版本MP-Gadget3。针对国产DCU加速卡和ROCm计算环境，中科院计算机网络信息中心基于HIP完成Gadget-2在国产加速卡上的移植优化。

• N体模拟
  • 基于引力场N体模拟，计算星系/星系团的形成和演化、基于LCDM模型的宇宙大尺度结构、暗物质晕内部结构等。LCDM模型是宇宙大爆炸理论的数学参数化，是宇宙学的标准模型，也是目前能对宇宙微波背景辐射、宇宙的大尺度结构和宇宙的加速膨胀等现象提供合理解释的最简单的模型。
• SPH流体模拟
  • SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)是早年银河系碰撞，天体形成等宇宙物理学模拟所使用的方法，Gadget基于光滑粒子模拟气态星系间介质的动力学过程。

• 算法
  • 在Gadget-2和Gadget-3的短程相互作用计算中，BH-Tree方法的实现是一个“边走边算”的过程，即获得目标粒子后，从根节点开始，对目标粒子附近的空间节点进行遍历，获得相应的作用列表。
  • 在Gadget-4的短程相互作用计算中，Tree方法升级为快速多极子方法（Fast Multipole Method）。
  • 长程力采用粒子-网格（Particle-Mesh）算法。PM算法中，首先要根据粒子在空间中的分布情况建立均匀网格，将粒子质量均分到PM网格上，并尽量削弱近场粒子间作用力的波动，例如使用CIC（Cloud-in-Cell）方法。

• Springel V. The cosmological simulation code GADGET-2[J]. Monthly notices of the royal astronomical society, 2005, 364(4): 1105-1134.
• Springel V, Pakmor R, Zier O, et al. Simulating cosmic structure formation with the GADGET-4 code[J]. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2021, 506(2): 2871-2949
• https://mpa-garching.mpg.de/gadget