超级计算机引领仿真科学新时代

超级计算机引领“仿真科学新时代”

一组最新研制出的超级计算机突破了“Petaflop”速度大关，相关研究人员称，此次计算机方面的新突破将给科学界带来自伽利略发明望远镜之后的又一次颠覆性改变

前不久在美国得克萨斯州奥斯汀市举行的国际超级计算机大会上公布了超级计算机世界500强名单，IBM拼力“挡住”了Cray公司的“强大攻势”，“勉强”争到了世界第一的冠军宝座。不过，IBM和Cray公司的两款超级计算机目前都已突破“Petaflop”大关。

所谓Petaflop，是衡量计算机性能的一个重要单位，1 Petaflop等于每秒钟进行1000万亿次的数学运算，这种速度大约是目前运算速度最快计算机的8倍。当然，这些计算机绝不仅仅是“快”那么简单，更重要的是，它们将启动一系列从前根本“无从下手”的新的科学研究，开启更具前沿性的新一代“仿真科学”：科学家们对一系列错综复杂、变幻莫测的自然现象将有全新的、更精确的把握；气候模型的辨析度和精准度都将得到极大提高；用来转化为各种有效能源的新式材料将得到极大开发；超燃冲压式发动机的仿真装置，其复杂性也将达到一个全新水平。

不仅仅是“快”那么简单

“Petaflop”在两年前尚被视为计算机界“壮举”的“天文速度”，如今却已然无法满足现行更快的计算需求。新型的超级计算机能够实现从前不曾有过的全新的科学发展。这些如今已突破“Petaflop”级别的新一代计算机将使科学仿真超越科学理论和实验，来到最前沿的位置。

来自美国劳伦斯利弗摩尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)的计算机科学专家马克·西格(Mark Seager)更是大胆宣称：“自1950年伽利略发明望远镜以来，科学研究方法将首次发生改变。”

西格说：“‘仿真’将越来越显著地成为科学发展的第三个分支。虽然我们总是说‘大自然是真理最好的仲裁者’，但事实证明，我们人类观测大自然的能力从根本上来说还是有限的。”

天气预报体系的成熟是此次计算机发展带来的重大收获。一直以来，公众对天气预报的“准确性”几乎不抱任何期望，因为“天气的变幻莫测”已然成为了真理般的事实。可是，相关的科学家和研究人员却仍在孜孜不倦地探索，努力寻找出潜在的影响因素，找到提高预报准确度的技术和方法。而此次计算机的大跨越发展恰恰给天气预报注入了强大动力，使其在辨析度和准确度上都有了大幅度提升。

Cray公司Cray XT5 Jaguar超级计算机的研发地位于美国田纳西州的橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)。该实验室的一名计算机科学专家托马斯·撒迦利亚(Thomas Zacharia)也认为：“这种新型的超级计算机完全可以为科学家开启新的物理研究，解决新的科学问题创造条件。”他特别强调，“像天气预报这类的公共性服务必须尽可能精确无误，因为政府的很多重要决策和行动都是据此来制定和执行的。”

新一代科学研究工具

其实，在过去十年当中，超级计算已经取得了巨大发展，计算速度突飞猛进，计算的复杂程度也大跨步升级，在验证各种复杂的科学理论、设计精密的科学实验以及预测各种科学假设方面成为了科学家们不可或缺的“得力助手”。

原本，在今年的早些时候，橡树岭国家实验室的Cray XT5 Jaguar超级计算机速度达到了世界最快。但最终，美国新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)却将IBM的IBM Roadrunner超级计算机带到了世界第一的位置，它的速度是一年前利弗摩尔国家实验室出台的蓝色基因/L IBM巨型计算机(速度达到每秒百万亿次)运行速度的两倍多。

尽管最后“屈居亚军”令橡树岭国家实验室的研究人员颇感遗憾，但由其研制的Jaguar小型计算机系列，其运行速度竟也达到了世界第八的水平。Jaguar系列计算机是专为科学研究而设计的，在此之前，实验室专门对包括能源、气象以及材料等方面的科学专家进行了相关的访问调查，以顺应他们的实际需要。撒迦利亚介绍说：“该系列计算机的内存容量，是其他类型计算机容量的4倍。”

“毫无疑问，科学将因为这些巨型‘机器’而再度旺盛起来。”撒迦利亚接着说，“任何新的科学研究工具的开发和应用都必将使全世界科学家们的想象力勃然激发。”

西格也持同样的乐观态度。“看到今天这样的景象，让我觉得，做一个计算机科学专家真是件令人振奋的事。”他还特意举例说，超燃冲压式发动机的仿真装置就能够模拟出机器周围的气流、内在的燃烧过程、机器材质的强度、强热度的影响以及周围的空气动力等各个方面。“‘Petaflop’计算机的出现，使这种精密的科学仿真技术成为可能。”西格说。