超級計算機引領(lǐng)仿真科學(xué)新時代

　　超級計算機引領(lǐng)“仿真科學(xué)新時代”

　　一組最新研制出的超級計算機突破了“Petaflop”速度大關(guān)，相關(guān)研究人員稱，此次計算機方面的新突破將給科學(xué)界帶來自伽利略發(fā)明望遠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大會上公布了超級計算機世界500強名單，IBM拼力“擋住”了Cray公司的“強大攻勢”，“勉強”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目前都已突破“Petaflop”大關(guān)。

　　所謂Petaflop，是衡量計算機性能的一個重要單位，1 Petaflop等于每秒鐘進行1000萬億次的數(shù)學(xué)運算，這種速度大約是目前運算速度最快計算機的8倍。當然，這些計算機絕不僅僅是“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)動機的仿真裝置，其復(fù)雜性也將達到一個全新水平。

　　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將使科學(xué)仿真超越科學(xué)理論和實驗，來到最前沿的位置。

　　來自美國勞倫斯利弗摩爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory)的計算機科學(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發(fā)展帶來的重大收獲。一直以來，公眾對天氣預(yù)報的“準確性”幾乎不抱任何期望，因為“天氣的變幻莫測”已然成為了真理般的事實。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)報準確度的技術(shù)和方法。而此次計算機的大跨越發(fā)展恰恰給天氣預(yù)報注入了強大動力，使其在辨析度和準確度上都有了大幅度提升。

　　Cray公司Cray XT5 Jaguar超級計算機的研發(fā)地位于美國田納西州的橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)。該實驗室的一名計算機科學(xué)專家托馬斯·撒迦利亞(Thomas Zacharia)也認為：“這種新型的超級計算機完全可以為科學(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，因為政府的很多重要決策和行動都是據(jù)此來制定和執(zhí)行的。”

　　新一代科學(xué)研究工具

　　其實，在過去十年當中，超級計算已經(jīng)取得了巨大發(fā)展，計算速度突飛猛進，計算的復(fù)雜程度也大跨步升級，在驗證各種復(fù)雜的科學(xué)理論、設(shè)計精密的科學(xué)實驗以及預(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，橡樹嶺國家實驗室的Cray XT5 Jaguar超級計算機速度達到了世界最快。但最終，美國新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯國家實驗室(Los Alamos National Laboratory)卻將IBM的IBM Roadrunner超級計算機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驗室出臺的藍色基因/L IBM巨型計算機(速度達到每秒百萬億次)運行速度的兩倍多。

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

　　“毫無疑問，科學(xué)將因為這些巨型‘機器’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)動機的仿真裝置就能夠模擬出機器周圍的氣流、內(nèi)在的燃燒過程、機器材質(zhì)的強度、強熱度的影響以及周圍的空氣動力等各個方面。“‘Petaflop’計算機的出現(xiàn)，使這種精密的科學(xué)仿真技術(shù)成為可能。”西格說。