中外超算新奧爾良論劍：用HPC乾點大事

美國時間11月19日，在2014全球超級計算大會(SC14)期間，“HPC Connection Workshop”在新奧爾良召開，美國阿貢國家實驗室、陶氏化學、澳大利亞波希超算中心、日本筑波大學與國家超算廣州中心、上海超算中心、中科院超算中心、上海交通大學等中外知名超算應用機構匯聚一堂，就HPC在計算化學和計算生物學中的應用，展開了一場“火星撞地球”的對話。

“HPC Connection Workshop”由亞洲超算協會和浪潮集團聯合舉辦，每年在德國ISC大會和美國SC大會期間召開，重在探討超算在前沿科學領域的應用創新和發展趨勢，推動中國超算同全球的交流與合作。下面，就讓我們走入本次Workshop，瞭解一下這些全球領先的超算機構都在用HPC做些什麼?

阿貢實驗室：用超算讓電池能量增加2倍

阿貢實驗室首席計算科學家Dr. Raymond Bair表示，當下技術創新與高性能計算的規模密切相關。目前，阿貢的科學家和工程師們正在開發新的先進電池和燃料電池，先進的電力生成和儲存系統，以及進行環境基因組測試。

藉助超級計算機，阿貢實驗室在碳納米管電極鋰離子電池研究中取得突破性進展，通過對電極、結構的研究，讓電池能量增加了近2倍。此外，阿貢通過收集環境中的擦傷樣本積累了超過145,000的DNA樣本數據，並使用超級計算機進行了超過60 x 1012的鹼基對分析，這一分析量相當於完成20,000人的全基因測序。

阿貢實驗室是美國第一個特許成立的國家實驗室，從1951年起就非常重視超級計算機，先後設計了多套世界最快的超級計算機，目前使用的米拉(Mira)是世界排名第5的超級計算機。

陶氏化學：沒有HPC就沒有競爭力

陶氏化學高性能計算中心負責人Dee Dickerson強烈的相信，隨着越來越多領域的化學信息的爆炸式增長，成百上千的化學家們將在超級計算機旁而不是在實驗室中進行研究，計算化學的時代已經到來。未來，沒有HPC就沒有競爭力可言。

“使用HPC後，陶氏可以對化學領域以前特別難回答或難以得出結論的問題展開研究，進行更深和更廣的化學分離，為不同區域的客户提供幫助。HPC已經成為我們進行化學分離的關鍵方法，為我們的用户提供了很大的幫助。”Dee Dickerson介紹説，在過去連續的5年時間裏，由於大規模使用了HPC，陶氏在專利創新方面的數量大幅提高。截止2013年，陶氏化學利用HPC提供的數據作支撐，研究出來的專利數已達到560個。而在2014年，陶氏化學利用HPC完成了超過400萬個項目的科學計算工作， CPU總運行時間超過2100萬小時。

陶氏化學是位居世界化學工業界第二名的國際跨國化工公司(美國杜邦居第一位)，在HPC應用方面主要開展計算流體力學研究，有限元分析，以及包括分子動力學、分子力學、量子力學在內的化學研究。

澳大利亞波希超算中心：用南半球最大超級計算機做“大事”

澳大利亞波希超算中心(The Pawsey Supercomputing Centre)iVEC項目副主任George Beckett介紹説，該中心擁有南半球最大的研究用超級計算機Magnus，其採用先進的地下水冷技術，並根據西澳陽光資源充足的特點，利用140千瓦的光伏電池為地表水冷卻提供能源，目標是打造零成本的超算冷卻系統。

目前，波希超算中心利用Magnus創建了包含擴張與收縮在內的肺部呼吸3D模型，可進行有史以來最逼真的典型呼吸氣流模擬，用以研究不同氣霧劑藥物對肺的影響。同時開展的項目還有對Jarrah森林研究，由於受氣候變化導致的極端天氣事件影響，這一西澳標誌性的森林正面臨威脅。波希超算中心在Magnus上建立了西澳未來 30 年氣候變化模型，充分考慮了萊頓弗羅斯特效應，以及極端炎熱、降水和乾旱天氣，通過5 公里分辨率模擬、實地觀察以及衞星觀測的結合，為未來環境保護提供了極具參考價值的改進依據。

除此之外，Magnus還加速了波希超算中心眾多原有項目的研究，如碳60(又名富勒烯)分子的熱形成研究，從以前的20天縮短到現在的1小時。碳60是目前非常前沿的新材料分子，廣泛應用在增強金屬、作催化劑、氣體貯存、光學材料、高分子材料、醫學應用等領域，如使用碳60製造新一代的光芯片、性能出色的超導體、對抗艾滋病和癌症等。

另一個獲得加速的重要項目是利用微生物提高原油開採效率的研究，該項目希望尋找到如何通過小心注射微生物體使得油儲層增產的方法。但這一複雜過程很難進行實驗和研究，原因在於生產試驗相當危險，可能會導致對生態環境的破壞。在原有的計算機上，每次模擬需要運行20個場景、456個模型，通常需要耗費30,000小時，而現在波希超算中心正在使用Magnus的100個節點來完成這一工作。

George Beckett表示，未來波希超算中心將主要開展全球最大的射電望遠鏡陣列——平方公里射電望遠鏡陣列(Square Kilometre Array，簡稱SKA)項目的研究。SKA項目建成後，將成為全球最大的“大數據”項目，其每年產生的數據量高達3,000PB，是谷歌的30倍，需要20台目前全球最快超級計算機天河二號才能完成數據處理工作。

此次在新奧爾良舉行的“HPC Connection Workshop”，與SC14所倡導的主題“HPC Matters”不謀而合。在SC大會主辦方看來，Matters指的是值得討論和考慮的問題，尤其是有重大影響的緊要問題，而從“HPC Connection Workshop”的內容來看，隨着對超算理解和應用的深入，世界各國的超算機構都在考慮如何用HPC來做點“大事”。相信在不遠的未來，科學家們利用超算將會解決更多人類共同面臨的重大問題。