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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計算機(jī)之一——Summit系統(tǒng)，來運行兩項用于促進(jìn)清潔能源生產(chǎn)的新研究項目。
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上個月，美國能源部（在美國橡樹嶺國家實驗室托管Summit系統(tǒng)）向20個研究團(tuán)隊授予了總計超過700萬個節(jié)點小時的超級計算機(jī)節(jié)點時間，其中兩個屬于GE Research。
Summit超級計算系統(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超級計算機(jī)。由IBM打造的Summit擁有相當(dāng)于7000萬部iPhone 11s的系統(tǒng)能力，科學(xué)家可以用它來運行大型計算例如模擬系統(tǒng)行為或解決復(fù)雜的物理問題。
現(xiàn)在GE透露了這兩個運行在Summit系統(tǒng)上的項目的神秘面紗，兩個項目都將致力于解決可再生能源發(fā)電的難題。
其中一個由GE研究員Jing Li領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊獲得了24萬個節(jié)點小時，用于推進(jìn)海上風(fēng)電領(lǐng)域的研究。Li希望通過使用Summit超級計算機(jī)，能夠運行復(fù)雜的模擬來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)隊將研究一種稱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算模型可以模擬出風(fēng)電場和沿海低空噴氣機(jī)之間的相互作用，為未來更高效的風(fēng)電場設(shè)計提供信息。
這些研究結(jié)果還將用于指導(dǎo)美國能源部的ExaWind項目，該項目旨在加快美國陸上和海上風(fēng)力發(fā)電廠的部署，這一問題需要準(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算成本，大多數(shù)研究項目目前只能預(yù)測少數(shù)渦輪機(jī)的行為。
ExaWind項目旨在生成風(fēng)電場的預(yù)測模擬，其中數(shù)十兆瓦級的風(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)——這種計算可能涉及多達(dá)1000億個網(wǎng)格點的模擬。
因此，Summit系統(tǒng)為Li團(tuán)隊提供的巨大計算能力，將是實現(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25.6萬個節(jié)點小時的獎勵，用于另一項獨立研究項目，該項目專注于應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)方法來改進(jìn)噴氣發(fā)動機(jī)或發(fā)電渦輪機(jī)等物理機(jī)器的設(shè)計。
在結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)和模擬的情況下，Osusky團(tuán)隊可以快速模擬現(xiàn)實環(huán)境中的引擎并運行虛擬測試，相比傳統(tǒng)方法來說，可以更快速地對設(shè)計進(jìn)行驗證。
Osusky說：“這些模擬將提供有關(guān)這些復(fù)雜設(shè)備實際情況的前所未有的洞察，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出當(dāng)前各項實驗測試可能覆蓋的范圍。希望我們可以利用這樣的平臺，加速發(fā)現(xiàn)和驗證那些更清潔、更高效的發(fā)動機(jī)設(shè)計，從而進(jìn)一步促進(jìn)我們的脫碳目標(biāo)。”
讓超大規(guī)模計算扎根未來
Summit超級計算機(jī)擁有200 petaflops的計算能力，將極大地推動Li和Osusky團(tuán)隊的研究工作——不過，GE已經(jīng)將目光投向了更強(qiáng)大的系統(tǒng)。
目前美國能源部正在投資下一代超級計算即百億億次級超算，美國橡樹嶺國家實驗室正在啟動美國第一個百億億級系統(tǒng)，名為Frontier。
Frontier系統(tǒng)將于2021年首次亮相，并于2022年向用戶開放，這套價值6億美金的系統(tǒng)將提供1.5 exaflops的性能——是當(dāng)今最強(qiáng)超級計算機(jī)的近50倍。目前已經(jīng)有八個研究項目被篩選出來可以早期使用該系統(tǒng)，覆蓋了從模擬類似銀河系的星系，到研究病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞的方式。
美國其他實驗室也在競相推出百億億級系統(tǒng)，例如美國阿貢國家實驗室與HPE合作構(gòu)建了一個名為Polaris的百億億級系統(tǒng)。
而且GE也相當(dāng)熱衷于參與到百億億級超級計算機(jī)的發(fā)展中。GE Research計算方法研究高級主管Richard Arthur：“政府機(jī)構(gòu)與業(yè)界及學(xué)界展開合作，推動計算科學(xué)和工程設(shè)計及生態(tài)系統(tǒng)從90年代的千兆級發(fā)展到萬億級，再到今天的千萬億級，以及即將到來的百億億級——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)級突破的奇跡，歷經(jīng)數(shù)十年之久，將計算建模塑造成獲得科學(xué)洞察力的一項基礎(chǔ)工具。”
然而，一些專家此前曾對百億億級革命即將到來表示懷疑。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臺超級計算機(jī)。此前他預(yù)測說，2020年下半年之前將無法實現(xiàn)百億億級超算，他的一些同事更把這視為是較為樂觀的預(yù)測。
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