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能源巨頭通用電氣（GE）將采用全球性能最高的超級(jí)計(jì)算機(jī)之一——Summit系統(tǒng)，來(lái)運(yùn)行兩項(xiàng)用于促進(jìn)清潔能源生產(chǎn)的新研究項(xiàng)目。
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上個(gè)月，美國(guó)能源部（在美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室托管Summit系統(tǒng)）向20個(gè)研究團(tuán)隊(duì)授予了總計(jì)超過(guò)700萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)小時(shí)的超級(jí)計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)時(shí)間，其中兩個(gè)屬于GE Research。
Summit超級(jí)計(jì)算系統(tǒng)是世界上性能水平位列第二的系統(tǒng)，僅次于位于日本的Fugaku超級(jí)計(jì)算機(jī)。由IBM打造的Summit擁有相當(dāng)于7000萬(wàn)部iPhone 11s的系統(tǒng)能力，科學(xué)家可以用它來(lái)運(yùn)行大型計(jì)算例如模擬系統(tǒng)行為或解決復(fù)雜的物理問(wèn)題。
現(xiàn)在GE透露了這兩個(gè)運(yùn)行在Summit系統(tǒng)上的項(xiàng)目的神秘面紗，兩個(gè)項(xiàng)目都將致力于解決可再生能源發(fā)電的難題。
其中一個(gè)由GE研究員Jing Li領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)獲得了24萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)小時(shí)，用于推進(jìn)海上風(fēng)電領(lǐng)域的研究。Li希望通過(guò)使用Summit超級(jí)計(jì)算機(jī)，能夠運(yùn)行復(fù)雜的模擬來(lái)研究控制和操作海上渦輪機(jī)的新方法，從而以最佳方式優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電。
特別是Li的團(tuán)隊(duì)將研究一種稱(chēng)為沿海低空急流的風(fēng)現(xiàn)象，這種經(jīng)常發(fā)生在海岸線上的現(xiàn)象，會(huì)影響海上風(fēng)力渦輪機(jī)的性能和可靠性。研究人員借助高保真計(jì)算模型可以模擬出風(fēng)電場(chǎng)和沿海低空噴氣機(jī)之間的相互作用，為未來(lái)更高效的風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)提供信息。
這些研究結(jié)果還將用于指導(dǎo)美國(guó)能源部的ExaWind項(xiàng)目，該項(xiàng)目旨在加快美國(guó)陸上和海上風(fēng)力發(fā)電廠的部署，這一問(wèn)題需要準(zhǔn)確了解自然風(fēng)現(xiàn)象與建成基礎(chǔ)設(shè)施相互作用的方式。然而，在許多因素的影響下，模擬這些交互需要高昂的計(jì)算成本，大多數(shù)研究項(xiàng)目目前只能預(yù)測(cè)少數(shù)渦輪機(jī)的行為。
ExaWind項(xiàng)目旨在生成風(fēng)電場(chǎng)的預(yù)測(cè)模擬，其中數(shù)十兆瓦級(jí)的風(fēng)力渦輪機(jī)分散在方圓數(shù)平方公里的復(fù)雜地形區(qū)域內(nèi)——這種計(jì)算可能涉及多達(dá)1000億個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的模擬。
因此，Summit系統(tǒng)為L(zhǎng)i團(tuán)隊(duì)提供的巨大計(jì)算能力，將是實(shí)現(xiàn)ExaWind挑戰(zhàn)充滿希望的一步。
此外，GE研究員Michal Osusky獲得了另外25.6萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)小時(shí)的獎(jiǎng)勵(lì)，用于另一項(xiàng)獨(dú)立研究項(xiàng)目，該項(xiàng)目專(zhuān)注于應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)方法來(lái)改進(jìn)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)電渦輪機(jī)等物理機(jī)器的設(shè)計(jì)。
在結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)和模擬的情況下，Osusky團(tuán)隊(duì)可以快速模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的引擎并運(yùn)行虛擬測(cè)試，相比傳統(tǒng)方法來(lái)說(shuō)，可以更快速地對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。
Osusky說(shuō)：“這些模擬將提供有關(guān)這些復(fù)雜設(shè)備實(shí)際情況的前所未有的洞察，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出當(dāng)前各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試可能覆蓋的范圍。希望我們可以利用這樣的平臺(tái)，加速發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證那些更清潔、更高效的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，從而進(jìn)一步促進(jìn)我們的脫碳目標(biāo)。”
讓超大規(guī)模計(jì)算扎根未來(lái)
Summit超級(jí)計(jì)算機(jī)擁有200 petaflops的計(jì)算能力，將極大地推動(dòng)Li和Osusky團(tuán)隊(duì)的研究工作——不過(guò)，GE已經(jīng)將目光投向了更強(qiáng)大的系統(tǒng)。
目前美國(guó)能源部正在投資下一代超級(jí)計(jì)算即百億億次級(jí)超算，美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室正在啟動(dòng)美國(guó)第一個(gè)百億億級(jí)系統(tǒng)，名為Frontier。
Frontier系統(tǒng)將于2021年首次亮相，并于2022年向用戶(hù)開(kāi)放，這套價(jià)值6億美金的系統(tǒng)將提供1.5 exaflops的性能——是當(dāng)今最強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)的近50倍。目前已經(jīng)有八個(gè)研究項(xiàng)目被篩選出來(lái)可以早期使用該系統(tǒng)，覆蓋了從模擬類(lèi)似銀河系的星系，到研究病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞的方式。
美國(guó)其他實(shí)驗(yàn)室也在競(jìng)相推出百億億級(jí)系統(tǒng)，例如美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與HPE合作構(gòu)建了一個(gè)名為Polaris的百億億級(jí)系統(tǒng)。
而且GE也相當(dāng)熱衷于參與到百億億級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展中。GE Research計(jì)算方法研究高級(jí)主管Richard Arthur：“政府機(jī)構(gòu)與業(yè)界及學(xué)界展開(kāi)合作，推動(dòng)計(jì)算科學(xué)和工程設(shè)計(jì)及生態(tài)系統(tǒng)從90年代的千兆級(jí)發(fā)展到萬(wàn)億級(jí)，再到今天的千萬(wàn)億級(jí)，以及即將到來(lái)的百億億級(jí)——每一次‘規(guī)模’上的飛躍都能達(dá)到上一代1000倍之多。”
“硬件和軟件技術(shù)持續(xù)呈指數(shù)級(jí)突破的奇跡，歷經(jīng)數(shù)十年之久，將計(jì)算建模塑造成獲得科學(xué)洞察力的一項(xiàng)基礎(chǔ)工具。”
然而，一些專(zhuān)家此前曾對(duì)百億億級(jí)革命即將到來(lái)表示懷疑。Eric Strohmaier是公認(rèn)的Top500榜單的作者之一，該榜單定期列出全球最強(qiáng)大的500臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)。此前他預(yù)測(cè)說(shuō)，2020年下半年之前將無(wú)法實(shí)現(xiàn)百億億級(jí)超算，他的一些同事更把這視為是較為樂(lè)觀的預(yù)測(cè)。
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