上海地區性能最強、也是高校領域性能最強的超級計算機“π”係統在上海交通大學上線運行,該係統峰值性能達到263萬(wan) 億(yi) 次,位列最新全球Top500榜單第158名。“π”係統由浪潮公司設計構建,將用於(yu) 支撐高端前沿科研,俗稱“人造太陽”的慣性約束核聚變項目就是其中之一。
上海交通大學常務副校長、中國工程院院士院士林忠欽,上海交通大學高性能計算中心主任顧一眾(zhong) ,上海交通大學激光等離子體(ti) 教育部重點實驗室特別研究員、國家“青年千人計劃”獲得者陳民,浪潮首席科學家王恩東(dong) ,浪潮信息高性能計算產(chan) 品部總經理劉軍(jun) 等出席了正式運行儀(yi) 式。
“π”係統上線將重點支持上海交通大學的教學科研,將成為(wei) “IFSA慣性約束聚變科學與(yu) 應用協同創新中心”的超算核心支持平台。 目前,慣性約束聚變是世界性的科技挑戰,美國、日本、俄羅斯、歐盟都積極投入,目的是在可受控的範圍內(nei) 實現聚變,和平利用人類的終極能源——聚變能。在半個(ge) 世紀以前,科學家已經發現當氘原子和氚原子聚變為(wei) 一個(ge) 氦原子核和一個(ge) 中子時會(hui) 釋放巨大的能量。由於(yu) 其能量釋放機理與(yu) 太陽一樣,所以該工程俗稱“人造太陽”。3瓶礦泉水裏所蘊含的聚變能,足夠一個(ge) 四口之家的一年的電力供應。而且這類能源輻射低、無排放、取用不盡,能夠供人類使用幾十億(yi) 年。但是核聚變反應條件卻極其苛刻,而且過程難以控製,目前隻能用於(yu) 製造核武器——氫彈。
我國科學家王淦昌早在激光發明不久,幾乎就與(yu) 前蘇聯科學家巴索夫同時獨立提出了激光慣性約束聚變的概念,這已經成為(wei) 目前實現可控核聚變的兩(liang) 大技術路線之一。2012年上海交大牽頭的IFSA協同創新中心致力於(yu) 激光聚變科學研究與(yu) 應用。上海交通大學激光等離子體(ti) 教育部重點實驗室是IFSA協同創新中心的主要成員之一,在激光技術、靶物理實驗和診斷、聚變相關(guan) 理論和模擬研究方麵一直發揮著重要作用。
實驗室特別研究員陳民說,人類對於(yu) 可受控核聚變的研究離不開超級計算機技術,今天科學家們(men) 采用計算機來模擬核聚變的各個(ge) 反應過程、設計反應裝置及實驗參數,大大提升了受控聚變研究能力。慣性約束聚變反應過程非常複雜,涉及的溫度、密度遠高於(yu) 人們(men) 通常所見的物質,其中的物理內(nei) 容也非常多,而且時間和空間尺度也相差巨大,反應過程非常快。在反應過程中的壓力相當於(yu) 1萬(wan) 億(yi) 個(ge) 標準大氣壓,氘和氚會(hui) 被壓縮到僅(jin) 有同質量液體(ti) 體(ti) 積的千分之一,但是反應時間最多隻有100億(yi) 分之一秒。如此極端的反應,現有的實驗探測手段很難深入到聚變燃料內(nei) 部進行測量。而利用超級計算機模擬,可以分步地對各個(ge) 過程進行模擬,研究其中的物理細節,這樣大大有利於(yu) 對實驗裝置的設計和對實驗結果進行分析、理解。
陳民在采訪中提到,核聚變研究對計算力有著無止境的需求,“紅杉”、“美洲虎”等曾經的全球TOP500榜首的超算係統都曾用於(yu) 核模擬研究。目前國際上和中國現有的計算技術都還難以滿足核聚變各個(ge) 過程的研究。由於(yu) 計算力的限製,通常的模擬都是采用減少模擬維或者忽略部分物理效應的情況下對主要過程進行模擬研究,而這樣就造成模擬與(yu) 實驗的偏差。必須依靠多次實驗和模擬相互驗證,交替前進。更高性能的超級計算機的出現,將大大增加理論模擬的能力,盡可能真實的對慣性聚變中的物理過程進行模擬,可以大大加快研究進程,讓人們(men) 早日實現可受控的人造小太陽。隨著計算技術從(cong) 千萬(wan) 億(yi) 次向百億(yi) 億(yi) 次的推進,極端條件下的物理學研究也將走進新的時代。由浪潮建設的“π”超算係統采用了“CPU+GPU+MIC”三重混合計算架構,有25.7萬(wan) 個(ge) 計算核心。浪潮信息總裁王恩東(dong) 說,當前高性能計算領域正處於(yu) 技術變革中,傳(chuan) 統的單一集群架構正在向混合架構變遷,浪潮先後參與(yu) 完成了采用GPU技術的千萬(wan) 億(yi) 次係統——天河1A和基於(yu) MIC技術的億(yi) 億(yi) 次係統——天河2號的研製和建設工作。混合架構會(hui) 是未來超算的發展方向,是實現超級計算機峰值從(cong) 千萬(wan) 億(yi) 次到百億(yi) 億(yi) 次最可行的技術路線。浪潮同時也投入大量資源發展相關(guan) 的軟件和應用,幫助用戶跨過應用門檻,目前,上海大交網絡中心正在將現有的應用遷移到三重混合架構中,已經完成的應用都取得很好的測試效果。
上海交大為(wei) 將這套係統命名為(wei) π。在談到係統的命名時,顧一眾(zhong) 興(xing) 奮地說,π在希臘文中就有並行的涵義(yi) ,並行是高性能計算的最基本理念,而且,π是一個(ge) 在公元前就被認識到的無理常數,π值的進化與(yu) 人類計算技術的進步息息相關(guan) 。從(cong) 公元前到1948年的幾千年時間,人類僅(jin) 計算出π值的第808位,1949年人類第一台計算機ENIAC問世,π就被精確到2034位,是此前的兩(liang) 倍多。此外,π還可看作交通大學首字母J和T的組合。我們(men) 希望采用了多重異構技術的這套係統能夠有效推動計算技術的發展和進步。
作為(wei) 領先的高性能計算技術和方案供應商,浪潮與(yu) Nvidia和Intel都保持了緊密的戰略合作關(guan) 係,在GPU、MIC等異構計算領域,擁有領先的技術能力和豐(feng) 富的經驗。此前,“ITER”工程主要的模擬軟件“磁約束聚變大規模數值模擬軟件”(GTC)遷移到天河2號平台上,這項工作是由主要浪潮完成。在“π”係統正式運行之後,浪潮也將繼續協助上海交通大學進行典型應用在異構計算平台的開發和移植工作。
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