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超级计算机有什么用?(120820) 精选

已有 20568 次阅读 2012-8-20 14:06 |个人分类:计算机|系统分类:科研笔记| 超级计算机, 宇宙模拟

超级计算机有什么用?120820

闵应骅

   “超级计算机有什么用?”这个问题是大家都关心的,包括我自己在内。其原因在于:超级计算机只能由国家投资,几亿甚至几十亿的投资,每年几百上千万的运行维修费都是纳税人的钱,是不是就非它不可呢?有德、美几个教授主持的一个TOP500项目专门给全世界的超级计算机排名次。我国的计算机排到前面,当然也增加我们的民族自豪感。但是,排了第一又如何呢?还是要靠应用来推动,要拿到实惠才行。比较空洞地说出一些应用领域比较容易,要在经济上或科学上说得具体一点,就比较困难。正如一位博主所说:懂技术的不一定懂计算机应用的某领域,而懂计算机应用特定领域不一定懂技术。这是一个普遍的问题。而要说明非超级计算机不可就尤其困难。

    最近看到CACM 8月号上一篇文章,介绍宇宙模拟器,比较有力地说明了超级计算机的重要应用。今介绍如下。

    加州大学天文计算中心用NASA的艾姆斯研究中心的Pleiades超级计算机做天体模拟,用了计算机的6百万个CPU小时。该计算机在20126月在TOP500排名中名列第11位。

现在一般地说,过去用于基因分析、气象预报、地震波传播等的计算机属于高性能计算机,不是今天的超级计算机。超级计算机要处理科学大数据,并基于这些大数据进行模拟。

    Pleiades超级计算机包含112千多个核,装在185个冰箱那么大小的机柜里,其理论峰值性能达到每秒1.34千万亿次,存贮器大小为191万亿字节。

    该模拟运行Adaptive Refinement Tree(ART)算法,那是1997年新墨西哥州立大学天文系教授发表的一个高精度宇宙模拟器。它不是计算每对粒子之间的相互作用。ART算法把空间分成许多小立方体,计算这些小立方体之间的相互作用,以便计算几十亿粒子群之间的万有引力,来重新创造一个无遮拦的宇宙。它不仅要模型化星球、气体和尘埃,而且要包括不可见的宇宙,即暗物质。天文学家要计算10亿光年,包括100万星系。模拟从137亿年前的宇宙大爆炸以后的2400万年后开始,86亿暗物质粒子演变2亿次,一直到现在。该模拟要求13,824核,13 千万亿字节随机存贮器,存贮60万个文件,占10亿亿字节的硬盘空间。180次的显示表明进化的过程。天体物理学家可以进一步分析暗物质晕、星系簇的聚合和演变。更大的模拟可以包括40亿光年,比原来的模拟大64倍。这种模拟如果要用PC来做,需要570年,而且这数据还需要随时变,人是无法跟踪的。

任何模拟需要输入观察数据,和解释这些观察的理论。NASA具备这些数据,基于the Lambda Cold Dark Matter theory, or ΛCDM,以验证这个理论是否正确。这些理论和数据都超出了本人的知识范围。不过,看来这项研究探索宇宙奥秘,完全属于真正的基础研究,而且非用超级计算机不可。

表明气体密度演化的模拟结果可视化

 



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