计算模拟怎么用超级计算机,世界最大超级计算机利用百万处理器模拟计算(图)...

Posted 2022-12-16 weixin_39685459

“红杉IBM蓝基因/Q型”超级计算机。供图：劳伦斯·利弗莫尔国家实验室

据国外媒体报道，美国北加州的斯坦福大学，研究人员刚刚利用世界上最大的超级计算机运行了一个应用程序，通过一百多万个处理器核处理了相关信息。

约瑟夫·尼科尔斯及其研究小组是第一个利用劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的“红杉IBM蓝基因/Q型”超级计算机运行活动代码的研究团队。“红杉”超级计算机总共包括150多万个处理器核，该研究小组利用的处理器核有一百万稍多一些，模拟了试验性喷气式发动机所产生的噪音量，在这个过程中显然创造了一项超级计算机纪录。

以前，尼科尔斯及其他研究小组成员从来没有在超过20万处理器核的计算机上运行过这个代码。为了使“红杉”的软件达到最优化，在过去几周的时间里，研究小组跟劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的研究人员进行了密切合作。“起初我也不知道能否正常运行，”尼科尔斯说。

分布式计算工具的开放资源，如Hadoop，利用的是非常便宜的商品硬件。试验表明，尽管这些开放资源已经发展起来，但是以前的超级计算机群所提供的数据处理平台仍然要大得多。最大的Hadoop集群可能包括大约8800个处理器核。

超级计算机的工作原理是把非常大的问题分解为较小的问题，然后把这些小问题分布在许多机器和许多处理器核上。通常情况下，增加处理器核能够使运算速度变得更快，但是这样也会增加复杂性。实际上在一定程度，处理器与处理器之间的通讯所引起的障碍可能会使运算变得更慢。

但是“红杉”的处理器是利用一种新方式——“5D Torus”互连技术——排列起来接连成网的。每一个处理器直接跟十个其他处理器相连，而且能够以较少的等待时间连接较远的处理器。然而，其中有些处理器也有第11个连接，该连接进入了整个系统的输入/输出中央通道，这些特殊的处理器负责从各处理器收集信号，然后将处理结果写在磁盘上。这样可以使绝大多数通讯在处理器与处理器之间进行，不必通过磁盘。

研究小组希望这些模拟结果将会有助于制造噪音更小的喷气式发动机。在帕维兹·莫因教授和桑吉瓦·莱勒教授的指导下，斯坦福大学的研究小组一直在跟俄亥俄州国家航空航天管理局格伦研究中心和美国海军航空系统司令部进行合作，他们企图在不用制造真实样机的情况下，来预测一台试验性发动机的噪音将会有多大。实际操作起来比听起来更难。尼科尔斯解释说，一台发动机所产生的声波能量不到其总能量的百分之一。为了准确模拟一台发动机将会产生的噪音，运算必须具备极高的精度。

然而多亏了“红杉”超级计算机，尼科尔斯认为他们的研究可能超过了模拟所达到的规定设计，换句话说，他们已经搞清了最优化的设计方案。

尼科尔斯说，他们研究所用的代码最初是由以前的斯坦福大学高级研究助理弗兰克·哈姆开发的，该代码使斯坦福大学的其他研究人员模拟出整个机翼总气流量，还使他们模拟了几倍于音速情况下的飞机推进系统——超音速冲压喷射装置。(胡德良)