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超算大赛将挑战宇宙、生命和雾霾难题

发布时间:2015-05-19 16:26:00 来源:比特网 作者:zhangcha
关键字:ASC15 超算 高性能计算

  宇宙、生命和雾霾,这些困扰人类的难题是全球成千上万的科学家们致力于研究的领域,大学生挑战这三大难题似乎听上去有些“天方夜谭”。5月18日,2015 ASC世界大学生超级计算机竞赛(ASC15)将在太原理工大学举行,来自全球16支高校代表队的近百名大学生们,将用自己的智慧和创造力,尝试提高宇宙探索、生命科学和雾霾研究中的超级计算效率

  即将开始的ASC15总决赛选定了7道各具价值的超算试题,将全面考察大学生对前沿科学研究的超算应用知识和能力。其中,全球最大天文学国际合作项目SKA(平方公里阵列望远镜)的数据处理软件Gridding,广泛应用在生命科学领域的纳米尺度的分子动力学软件NAMD,以及目前最先进、应用最广泛的空气质量数值预报模式WRF-CHEM, 直指宇宙探索、生命奥秘和雾霾预报领域的计算效率问题。这也让人更加关注,大学生们是否能够凭借自己的智慧和创造力,完成挑战。

  Gridding是SKA数据处理过程中是最耗时的步骤之一。在宇宙研究中,科学家们无法对射电望远镜接收到的数据进行直接解读,而是需要对这些数据进行“加工”,生成一幅幅的天空图像,从不同周期的天空图像中发现星体轨迹、星球诞生和灭亡等种种变化并进行研究。Gridding软件的作用简单来说,就是将机器能识别的数据转换成科学家们能看懂的图像。然而,SKA每秒采集的数据量计划大于12Tb,相当于2013年底中国互联网国际出口带宽的3.5倍,其中接近50%的海量天文数据需要Gridding软件进行处理。这种规模的数据按照现有的技术,需要动用百亿亿次级别的超级计算机才能完成处理,投资巨大且不说,单单每年的电费支出就将是一笔天文数字。因此,SKA的科学家们希望能够通过ASC15大赛,对Gridding进行MIC众核并行优化,大幅提高数据处理的速度,从而降低对高性能计算平台的硬性需求。据透露,本次经过各参赛队伍优化后的结果,将反馈给SKA组织参考采用。

  NAMD能够在大规模并行计算机上快速模拟大分子体系,并从几百个内核的典型模拟扩展到超越 500,000 内核的最大模拟。这一软件曾获得过2002年超算界最高荣誉的戈登·贝尔奖和2012年的西德尼·费恩巴赫奖,是生命科学研究领域“皇冠”上最耀眼的“明珠”之一。

  WRF-CHEM已经成为世界各国预测雾霾以及PM2.5颗粒、PM10颗粒、二氧化硫等有害空气成分变化的主要技术手段。众所周知,雾霾研究的前提需要建立在对雾霾有深刻了解的基础上,WRF-CHEM有价值之处在于,科学家们可以依据观测到的各种空气化学成分数据,在超级计算机上模拟雾霾形成的过程,并通过改变不同的化学反应参数,来与最终实际检测到的雾霾进行对比,从而发现雾霾形成的真正原因。不过,由于大气中的化学成分极其复杂,当模型越接近真实情况,则意味着计算机模拟需要进行的运算量越大,耗费的时间会越长。因此,提高WRF-CHEM的运行效率,有助于更快的开展对雾霾的各种研究。

  科技的进步让我们解决了很多之前无法克服的难题,同时也让我们发现了更多的问题。然而,在这一过程中,人类对自然的认识更加深刻,征服自然、改造自然的能力也随之提升。对于参加ASC15的大学生们来说,挑战成功与否或许并不是那么重要,重要的是在挑战的过程中,能够让自己加深世界的认识,在深邃而迷人的科学世界中迈出向前的一步。

  ASC世界大学生超级计算机竞赛是由亚洲发起的世界最大规模的大学生超算竞赛,由中国倡议成立,与日本、俄罗斯、韩国、新加坡、泰国、中国台湾、中国香港等国家和地区的超算专家和机构共同发起并组织,并得到美国、欧洲等国家地区超算学者和组织的积极响应支持。ASC竞赛旨在通过大赛的平台,推动各国及地区间超算青年人才交流和培养,提升超算应用水平和研发能力,发挥超算的科技驱动力,促进科技与产业创新。


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