开了眼了 看看地球最强超算都干什么的(图解)

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今天要为大家带来的是有关超级计算机的一些故事,看看世界上最快的超级计算机都在干些什么。

近期超级计算机成了服务器频道热议的话题,人们对这种超高科技“玩意儿”产生了出奇的好奇心。今天要为大家带来的是有关超级计算机的一些故事,看看世界上最快的超级计算机都在干些什么(51CTO相关阅读:带你看世界上最大的Linux超级计算机(图))。

JAGUAR与“曼哈顿计划”

美洲豹超级计算机
Cray美洲豹超级计算机

作为到现在为止全世界最快的超级计算机(Cray XT5-HE Opteron Six Core 2.6 GHz 内核数224162个, 实测运算速度1759000GFLOPS,理论峰值运算速度2331000GFLOPS),Cray美洲豹隶属于美国能源部,坐落于美国橡树岭国家实验室。说到橡树岭国家实验室,作为“曼哈顿计划”的一部分,(曼哈顿计划就是美国于1942年利用核裂变反应研制原子弹的计划。曼哈顿计划成功实施后为美国留下了巨大的财富——洛斯阿拉莫斯国家实验室和橡树岭国家实验室)最近的项目是将建设核能创新中心。

橡树岭国家实验室
橡树岭国家实验室

美国能源部于5月28日宣布,为激励创新和实现清洁能源突破,由橡树岭国家实验室领导的团队将获得1.22亿美元的支持,目的是在五年内建立和运营一座核能建模与仿真能源创新中心。该中心的人员将来自大学、产业界和其他国家实验室,将利用世界上性能最先进、功能最强大的美洲豹超级计算机,推动核反应堆在设计和工程方面的重大飞跃。

能源创新
创新能源

能源创新中心将要求工程师对目前运行的反应堆进行仿真建模,建立一个“虚拟模型”。然后利用“虚拟模型”来解决有关反应堆运作与安全方面的重要问题,解决包括诸如增加电力产出、延长反应堆寿命等问题。通过从“虚拟模型”和现实反应堆中获得的数据相结合来解决核能在近期、中期和长期内所面临的技术问题。#p#

JAGUAR已经公布的6大应用

美洲豹的科学应用

图解:美洲豹JAGUAR已公布的科学应用

在已经披露过的美洲豹超级计算机的科学应用中,上图从左到右从上到下依次为:

1:极端气候模拟

该项目是在美国国家能源部、美国国家大气研究中心通过其古气候计划的支持下。在地球45亿年的历史中,气候总在冷热间徘徊。而通过美洲豹超级计算机现在可以完整的连续的模拟这个过程,利用全球气候模型,包括大气之间的相互作用耦合,海洋,陆地之间的移动。提供了有关全球气候变化根源和影响的珍贵数据。

2:超新星研究

该项目是由加州大学圣克鲁兹分校的教授负责。Ia型超新星在性质上是最大的热爆炸,规模之大远超过太阳以及其他生命元素,这些爆炸的恒星最神秘的地方在于它们的爆炸方式。美洲豹超级计算机模拟运行了Ia型超新星的爆炸过程,模拟出了在爆炸的不同时间段产生出的放射性碎片等。这些资料为美国宇航局的相关研究提供了宝贵的数据。

3:生命和半衰期

碳-14的衰变速度永远慢于它的同位素,使得研究人员可以通过植物或者生物中所含有的碳-14元素追溯到六万年。碳-14的原子核内有6个质子与8个中子,在使用美洲豹超级计算机之前,研究人员只能考虑两个核子相互作用,因为需要描述不同的组合数量非常大,这是一个内存密集型的计算。通过美洲豹超级计算机研究人员能够更深入的了解碳-14的半衰期为何如此之长。

4:从光合作用到新燃料

该项目是由橡树岭国家实验室的美洲豹超级计算机与美国田纳西州大学的挪威海怪超级计算机共同参与的。替代能源是全球的一个热点话题也是全人类必须要关注的话题,纤维素是地球上最古老、最丰富的天然高分子,是取之不尽用之不竭的人类最宝贵的天然可再生资源。找到如何合理分解释放葡萄糖就有希望利用植物作为一种新燃料。

5:聚变加速 

很少有代码要求比现有聚变加速粒子更快的I/O和更大的规模。例如,GTC和XGC-1是运行在NCCS Jaguar Cray XT5超级计算机12000多个内核上的。面对最大数据集的运行,超级计算机的速度总是需要不断提高的。

6:模仿火山爆发应激气候

火山喷发,重力气溶胶粒子通常会在2至3年之内回落。相反,人为排放的有害物质长期持续,并可能改变未来的气候。有几种类型的气体,包括二氧化碳,是火山爆发时喷出,二氧化硫的排放和硫酸盐气溶胶的产生尤其重要。如果通过超级计算机可以模拟运行该大气环境模型对于火山喷发的灰尘反应,便可以预测出该大气环境对于人为长期排放的反应。#p#

IBM走鹃

走鹃超级计算机

IBM走鹃超级计算机

了解了美洲豹超级计算机之后,我们一同走进同样隶属于美国能源部的洛斯阿拉莫斯国家实验室。该实验室以研制了世界上第一颗原子弹而闻名于世。这里部署了另一台赫赫有名的超级计算机,IBM走鹃超级计算机(BladeCenter QS22/LS21 Cluster, PowerXCell 8i 3.2 Ghz / Opteron DC 1.8 GHz,内和数122400个,实测运算速度1042000GFLOPS,理论峰值运算速度1375776GFLOPS )。#p#

走鹃与洛斯阿拉莫斯

洛斯阿拉莫斯国家实验室

洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory, LANL)由加利福尼亚大学运作,位于新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯。该实验室是世界上最大的多学科研究机构之一。它是新墨西哥州北部最大的研究机构和雇员最多的机构,有大约10,400名加利福尼亚大学雇员,以及大约2,800名合同雇员。

  

洛斯阿拉莫斯国家实验室

实验室约三分之一的技术人员是物理学专家、四分之一是工程师、六分之一是化学和材料专家,其余的工作在数学和计算科学、生物科学、地质科学等其他学科。也有外部的专家和学生来实验室做访问研究工作。实验室联合大学和工业界进行能源方面的基础和应用研究。实验室年度预算约为22亿美元。#p#

洛斯阿拉莫斯与第一颗原子弹

原子弹

世界上第一颗原子弹——洛斯阿拉莫斯LOS ALAMOS“一弹成名”

熟悉又陌生的蘑菇云

当年的LOS ALAMOS一定领世界震惊,哪现在走鹃超级计算机在实验室里又在做些什么呢?#p#

走鹃已公布的7大科学应用(1-4)

走鹃超级计算机科学应用

图解:走鹃已公布的科学应用1-4

1:纳米技术

现在我们可以开始了解材料的行为一直到纳米尺度,在那里,即使是单个原子的运动有时也可以改变机械或电气性能。我们模拟金属纳米线拉伸过程。使用走鹃超级计算机,可以减缓模拟,看看到底是什么,在拉伸的时候,多次发生变化。比以前在更可能的情况下观察原子间的堆叠错误(用红色突出显示)网络的形成。

2:核聚变、激光技术

该项目是由洛斯阿拉莫斯国家实验室的走鹃超级计算机与劳伦斯利弗莫尔国家实验室共同参与的。美国计划在2010年秋季由劳伦斯利弗莫尔国家实验室实施核聚变,激光技术的实验。该项目是人类历史上最重要的激光技术,在实验室中取得核聚变能源。规模动力学模拟在三维激光等离子体相互作用的激光散斑。在走鹃超级计算机的协助下,可以实现前所未有的规模,速度和保真度。(值得一提的是现运行速度世界排名第8的Blue Gene L超级计算机就隶属于劳伦斯利弗莫尔国家实验室,我们也将于下次给大家带来相关介绍)

3:磁重联技术

方向相反的磁力线因互相靠近而发生的重新联结现象。在此过程中,磁能可转化为其他能量。涉及到各种形式的等离子体的磁场能量快速转换动能。通过走鹃超级计算机,使这些类型的动态变化都在方便的观测形态下,从而了解磁重联的过程。

4:艾滋病毒

这是一个彩色树组序列的艾滋病毒,收集后找到传染艾滋病毒的原因。基本的计算问题,是要这个序列数据(这里的10442〜3873核苷酸字符串),找到该病毒如何随时间演变模型中的所有序列。当树上的节点附近生成另一个节点,这意味着有一个病毒是另一种病毒类似。走鹃超级计算机的进化模式,找到了一个病人的序列很少与另一位病人的序列重叠。其中一个重要目标是要找出可能存在疫苗的目标地区。#p#

图解:走鹃已公布的7大科学应用(5-7)

 

图解:走鹃已公布的科学应用5—7

5:暗物质

暗物质和暗能量是宇宙的主要组成部分。宇宙的基本构成是由:23%的暗物质(其中很大一部分是所谓的光环在局部的团块)73%暗能量组成。在该项目中宇宙的构成物质分布在有史以来(由走鹃超级计算机运行的)规模最大的高清晰度模拟宇宙中。走鹃超级计算机模拟的宇宙综合数据库将成为研究暗物质科学的重要组成部分。

6:铜反应

我们在研究铜反应时感到震惊,用可扩展并行短程分子动力学,计算机代码,模拟过程,如固体中冲击波在纳秒的时间尺度上。许多现象基本材料需要在长度和时间尺度上超越这些地方,目前获得的分子动力学(MD)模拟,随着方法的改进,使更多的现实空间和时间尺度模拟成为可能。在可扩展并行短程分子动力学上已成功用于执行迄今最快的MD模拟,在走鹃超级计算机上达到369 TFlop/S。

7:流体动力学

在流体动力学领域了解湍流,流体的压力下的行为,仍然是物理学中未解决的问题之一。复杂条件下,作为那些在1A型超新星爆炸的早期阶段出现。有一种复杂的现象与这些活动有关的,这是一种相关的超新星建模重要的未决问题。通过走鹃超级计算机有助于在使用大型流体动力学结构的规范和处理复杂问题方面的相关研究。#p#

总结

不论是军事还是科技,不论是生物还是动能,以上两家超算的应用真是领人打开眼界,这么强大的计算功能原来是干这些事儿的。当然,也许还有人家不想说的应用,小编这里肯定也不知道啦。

我们将在之后为大家带来更多超级计算机的相关报道,挪威海怪,红色天空,蓝色基因P/L等等。还有更多相关实验室的靓图!(51CTO相关文章:超算“沃森”将亮相美国电视节目(图)

阿贡国家实验室

拥有世界排名第9位蓝色基因P超级计算机的阿贡国家实验室

阿贡国家实验室

阿贡国家实验室周边环境

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责任编辑:景琦 来源: pconline
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