超級計算機(jī)引領(lǐng)仿真科學(xué)新時代

　　超級計算機(jī)引領(lǐng)“仿真科學(xué)新時代”

　　一組最新研制出的超級計算機(jī)突破了“Petaflop”速度大關(guān)，相關(guān)研究人員稱，此次計算機(jī)方面的新突破將給科學(xué)界帶來自伽利略發(fā)明望遠(yuǎn)鏡之后的又一次顛覆性改變

　　前不久在美國得克薩斯州奧斯汀市舉行的國際超級計算機(jī)大會上公布了超級計算機(jī)世界500強(qiáng)名單，IBM拼力“擋住”了Cray公司的“強(qiáng)大攻勢”，“勉強(qiáng)”爭到了世界第一的冠軍寶座。不過，IBM和Cray公司的兩款超級計算機(jī)目前都已突破“Petaflop”大關(guān)。

　　所謂Petaflop，是衡量計算機(jī)性能的一個重要單位，1 Petaflop等于每秒鐘進(jìn)行1000萬億次的數(shù)學(xué)運(yùn)算，這種速度大約是目前運(yùn)算速度最快計算機(jī)的8倍。當(dāng)然，這些計算機(jī)絕不僅僅是“快”那么簡單，更重要的是，它們將啟動一系列從前根本“無從下手”的新的科學(xué)研究，開啟更具前沿性的新一代“仿真科學(xué)”：科學(xué)家們對一系列錯綜復(fù)雜、變幻莫測的自然現(xiàn)象將有全新的、更精確的把握；氣候模型的辨析度和精準(zhǔn)度都將得到極大提高；用來轉(zhuǎn)化為各種有效能源的新式材料將得到極大開發(fā)；超燃沖壓式發(fā)動機(jī)的仿真裝置，其復(fù)雜性也將達(dá)到一個全新水平。

　　不僅僅是“快”那么簡單

　　“Petaflop”在兩年前尚被視為計算機(jī)界“壯舉”的“天文速度”，如今卻已然無法滿足現(xiàn)行更快的計算需求。新型的超級計算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)從前不曾有過的全新的科學(xué)發(fā)展。這些如今已突破“Petaflop”級別的新一代計算機(jī)將使科學(xué)仿真超越科學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)，來到最前沿的位置。

　　來自美國勞倫斯利弗摩爾國家實(shí)驗(yàn)室(Lawrence Livermore National Laboratory)的計算機(jī)科學(xué)專家馬克·西格(Mark Seager)更是大膽宣稱：“自1950年伽利略發(fā)明望遠(yuǎn)鏡以來，科學(xué)研究方法將首次發(fā)生改變。”

　　西格說：“‘仿真’將越來越顯著地成為科學(xué)發(fā)展的第三個分支。雖然我們總是說‘大自然是真理最好的仲裁者’，但事實(shí)證明，我們?nèi)祟愑^測大自然的能力從根本上來說還是有限的。”

　　天氣預(yù)報體系的成熟是此次計算機(jī)發(fā)展帶來的重大收獲。一直以來，公眾對天氣預(yù)報的“準(zhǔn)確性”幾乎不抱任何期望，因?yàn)?ldquo;天氣的變幻莫測”已然成為了真理般的事實(shí)。可是，相關(guān)的科學(xué)家和研究人員卻仍在孜孜不倦地探索，努力尋找出潛在的影響因素，找到提高預(yù)報準(zhǔn)確度的技術(shù)和方法。而此次計算機(jī)的大跨越發(fā)展恰恰給天氣預(yù)報注入了強(qiáng)大動力，使其在辨析度和準(zhǔn)確度上都有了大幅度提升。

　　Cray公司Cray XT5 Jaguar超級計算機(jī)的研發(fā)地位于美國田納西州的橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室(Oak Ridge National Laboratory)。該實(shí)驗(yàn)室的一名計算機(jī)科學(xué)專家托馬斯·撒迦利亞(Thomas Zacharia)也認(rèn)為：“這種新型的超級計算機(jī)完全可以為科學(xué)家開啟新的物理研究，解決新的科學(xué)問題創(chuàng)造條件。”他特別強(qiáng)調(diào)，“像天氣預(yù)報這類的公共性服務(wù)必須盡可能精確無誤，因?yàn)檎暮芏嘀匾獩Q策和行動都是據(jù)此來制定和執(zhí)行的。”

　　新一代科學(xué)研究工具

　　其實(shí)，在過去十年當(dāng)中，超級計算已經(jīng)取得了巨大發(fā)展，計算速度突飛猛進(jìn)，計算的復(fù)雜程度也大跨步升級，在驗(yàn)證各種復(fù)雜的科學(xué)理論、設(shè)計精密的科學(xué)實(shí)驗(yàn)以及預(yù)測各種科學(xué)假設(shè)方面成為了科學(xué)家們不可或缺的“得力助手”。

　　原本，在今年的早些時候，橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的Cray XT5 Jaguar超級計算機(jī)速度達(dá)到了世界最快。但最終，美國新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室(Los Alamos National Laboratory)卻將IBM的IBM Roadrunner超級計算機(jī)帶到了世界第一的位置，它的速度是一年前利弗摩爾國家實(shí)驗(yàn)室出臺的藍(lán)色基因/L IBM巨型計算機(jī)(速度達(dá)到每秒百萬億次)運(yùn)行速度的兩倍多。

　　盡管最后“屈居亞軍”令橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員頗感遺憾，但由其研制的Jaguar小型計算機(jī)系列，其運(yùn)行速度竟也達(dá)到了世界第八的水平。Jaguar系列計算機(jī)是專為科學(xué)研究而設(shè)計的，在此之前，實(shí)驗(yàn)室專門對包括能源、氣象以及材料等方面的科學(xué)專家進(jìn)行了相關(guān)的訪問調(diào)查，以順應(yīng)他們的實(shí)際需要。撒迦利亞介紹說：“該系列計算機(jī)的內(nèi)存容量，是其他類型計算機(jī)容量的4倍。”

　　“毫無疑問，科學(xué)將因?yàn)檫@些巨型‘機(jī)器’而再度旺盛起來。”撒迦利亞接著說，“任何新的科學(xué)研究工具的開發(fā)和應(yīng)用都必將使全世界科學(xué)家們的想象力勃然激發(fā)。”

　　西格也持同樣的樂觀態(tài)度。“看到今天這樣的景象，讓我覺得，做一個計算機(jī)科學(xué)專家真是件令人振奮的事。”他還特意舉例說，超燃沖壓式發(fā)動機(jī)的仿真裝置就能夠模擬出機(jī)器周圍的氣流、內(nèi)在的燃燒過程、機(jī)器材質(zhì)的強(qiáng)度、強(qiáng)熱度的影響以及周圍的空氣動力等各個方面。“‘Petaflop’計算機(jī)的出現(xiàn)，使這種精密的科學(xué)仿真技術(shù)成為可能。”西格說。