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能源巨頭(tou)通(tong)用(yong)電氣（GE）將(jiang)采用(yong)全球性能最高的超級計算機之一(yi)——Summit系(xi)統，來運行兩項(xiang)用(yong)于促進清(qing)潔(jie)能源生產的新(xin)研究項(xiang)目。
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上個(ge)月，美國(guo)能源部（在美國(guo)橡樹嶺國(guo)家實驗(yan)室托管Summit系統）向20個(ge)研究(jiu)團隊授予了總計超(chao)過700萬個(ge)節(jie)點小時(shi)的(de)超(chao)級計算(suan)機節(jie)點時(shi)間，其中兩個(ge)屬于GE Research。
Summit超級計算系(xi)(xi)統是世界上性能(neng)水平位(wei)列(lie)第(di)二(er)的(de)(de)系(xi)(xi)統，僅(jin)次(ci)于(yu)位(wei)于(yu)日本(ben)的(de)(de)Fugaku超級計算機。由IBM打造的(de)(de)Summit擁有相當于(yu)7000萬部iPhone 11s的(de)(de)系(xi)(xi)統能(neng)力，科學家可以(yi)用它來(lai)運行大型計算例如模擬系(xi)(xi)統行為或解(jie)決復雜(za)的(de)(de)物理(li)問(wen)題。
現(xian)在GE透露了(le)這兩個(ge)運行(xing)在Summit系統上的(de)項目(mu)的(de)神秘面紗，兩個(ge)項目(mu)都將致力于(yu)解決可再生(sheng)能源(yuan)發(fa)電的(de)難題。
其(qi)中一個(ge)由(you)GE研究員Jing Li領導(dao)的(de)團隊獲得了(le)24萬個(ge)節(jie)點小時，用于推進海上風電領域的(de)研究。Li希望(wang)通過使用Summit超級計算機，能夠運(yun)行復雜的(de)模擬(ni)來(lai)研究控制和操(cao)作海上渦(wo)輪機的(de)新方法，從而(er)以最(zui)佳方式優化風力(li)發電。
特(te)別是Li的(de)團隊將研究(jiu)一(yi)種(zhong)(zhong)稱為(wei)沿(yan)海(hai)低空急流的(de)風(feng)(feng)現(xian)象(xiang)(xiang)，這種(zhong)(zhong)經(jing)常發生(sheng)在(zai)海(hai)岸線上的(de)現(xian)象(xiang)(xiang)，會影響海(hai)上風(feng)(feng)力(li)渦輪(lun)機(ji)的(de)性能(neng)和可靠性。研究(jiu)人員借(jie)助(zhu)高保真(zhen)計(ji)算模型可以模擬出風(feng)(feng)電場和沿(yan)海(hai)低空噴氣機(ji)之間的(de)相(xiang)互(hu)作用，為(wei)未來更高效的(de)風(feng)(feng)電場設計(ji)提(ti)供信息(xi)。
這些(xie)研(yan)究(jiu)結果還將用于指導(dao)美國(guo)能源部的ExaWind項(xiang)目，該(gai)項(xiang)目旨在加(jia)快美國(guo)陸上(shang)和海(hai)上(shang)風力發(fa)電廠的部署(shu)，這一(yi)問題需要準確了解自然風現象與建成基礎設施相(xiang)互(hu)作用的方(fang)式(shi)。然而，在許多(duo)因素的影響下(xia)，模擬(ni)這些(xie)交互(hu)需要高(gao)昂的計算成本，大(da)多(duo)數研(yan)究(jiu)項(xiang)目目前只能預(yu)測少數渦輪機的行為。
ExaWind項目旨在生成風電場的(de)(de)預(yu)測模擬(ni)，其中(zhong)數(shu)十兆瓦級的(de)(de)風力渦輪機分散在方(fang)圓數(shu)平方(fang)公里的(de)(de)復雜地形區域內——這種(zhong)計算可能涉及多(duo)達1000億個網(wang)格點的(de)(de)模擬(ni)。
因(yin)此，Summit系(xi)統為(wei)Li團隊提供的巨(ju)大計算能力(li)，將(jiang)是實現ExaWind挑戰充滿(man)希望的一步。
此外，GE研究(jiu)員Michal Osusky獲得(de)了另外25.6萬個(ge)節點小時的(de)獎(jiang)勵，用于另一項獨立研究(jiu)項目，該項目專注于應用機器學習(xi)方法來改進噴(pen)氣(qi)發動(dong)機或發電渦輪機等物理機器的(de)設計(ji)。
在結合機器學習和(he)模(mo)(mo)擬的(de)情(qing)況下(xia)，Osusky團隊可(ke)以快速(su)模(mo)(mo)擬現實(shi)環(huan)境中的(de)引(yin)擎并運行虛擬測試，相比傳統(tong)方法來說，可(ke)以更快速(su)地對設(she)計進行驗證。
Osusky說：“這(zhe)些(xie)模(mo)擬將提供有關這(zhe)些(xie)復雜(za)設備實際(ji)情況(kuang)的(de)前所未有的(de)洞察(cha)，遠(yuan)遠(yuan)超出(chu)當前各項(xiang)實驗測試可(ke)能覆蓋的(de)范(fan)圍。希望我們(men)可(ke)以利(li)用這(zhe)樣的(de)平臺，加速發現和驗證(zheng)那些(xie)更(geng)清潔、更(geng)高效的(de)發動機設計，從(cong)而(er)進一步促進我們(men)的(de)脫(tuo)碳目標。”
讓(rang)超大規模計算扎根未來
Summit超級計(ji)算機擁有200 petaflops的(de)計(ji)算能力(li)，將(jiang)極大地(di)推動Li和Osusky團隊的(de)研究工作(zuo)——不過，GE已經將(jiang)目光(guang)投向了更強大的(de)系統。
目前美(mei)國(guo)能源部正在(zai)投資下一代超級計算即(ji)百億(yi)億(yi)次級超算，美(mei)國(guo)橡樹(shu)嶺國(guo)家(jia)實(shi)驗室正在(zai)啟動(dong)美(mei)國(guo)第(di)一個百億(yi)億(yi)級系統，名為Frontier。
Frontier系統(tong)將(jiang)于2021年(nian)首次亮相，并于2022年(nian)向用戶開放，這(zhe)套價值6億美金(jin)的系統(tong)將(jiang)提供1.5 exaflops的性能——是(shi)當今最強超級(ji)計(ji)算(suan)機的近50倍(bei)。目前已(yi)經有八個研究項目被篩選出來可以早期(qi)使用該系統(tong)，覆蓋了(le)從模擬類(lei)似銀河(he)系的星系，到研究病毒進入(ru)宿(su)主(zhu)細胞(bao)的方式。
美國(guo)(guo)其他實(shi)驗室(shi)也在競相推(tui)出(chu)百億(yi)億(yi)級(ji)系(xi)統，例(li)如(ru)美國(guo)(guo)阿貢(gong)國(guo)(guo)家實(shi)驗室(shi)與HPE合作構建(jian)了一(yi)個名為(wei)Polaris的百億(yi)億(yi)級(ji)系(xi)統。
而(er)且GE也(ye)相當熱(re)衷于參與到百(bai)億(yi)億(yi)級(ji)(ji)(ji)(ji)超級(ji)(ji)(ji)(ji)計算(suan)機的(de)發展(zhan)中。GE Research計算(suan)方法研究高級(ji)(ji)(ji)(ji)主(zhu)管(guan)Richard Arthur：“政府(fu)機構(gou)與業界及(ji)學(xue)界展(zhan)開合作，推動計算(suan)科學(xue)和工程設計及(ji)生態系統(tong)從90年代的(de)千兆級(ji)(ji)(ji)(ji)發展(zhan)到萬(wan)(wan)億(yi)級(ji)(ji)(ji)(ji)，再到今天的(de)千萬(wan)(wan)億(yi)級(ji)(ji)(ji)(ji)，以及(ji)即(ji)將到來的(de)百(bai)億(yi)億(yi)級(ji)(ji)(ji)(ji)——每(mei)一次(ci)‘規(gui)模’上(shang)的(de)飛躍都能達到上(shang)一代1000倍之(zhi)多(duo)。”
“硬(ying)件和軟件技術(shu)持續呈指數(shu)級突破的奇跡，歷經數(shu)十(shi)年之久(jiu)，將計算建模塑造成獲得(de)科(ke)學洞察力(li)的一(yi)項基礎工(gong)具。”
然而，一些專(zhuan)家此前曾對(dui)百億億級(ji)(ji)革命即將到(dao)來表示懷疑。Eric Strohmaier是公認的Top500榜單(dan)的作者之(zhi)一，該榜單(dan)定期列出全球最強(qiang)大(da)的500臺超級(ji)(ji)計(ji)算(suan)機(ji)。此前他(ta)預測說，2020年(nian)下半年(nian)之(zhi)前將無法實現百億億級(ji)(ji)超算(suan)，他(ta)的一些同事(shi)更把這視為(wei)是較(jiao)為(wei)樂觀(guan)的預測。
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