进入二十一世纪以来,国内高校承担的科研任务越来越多,对高效处理复杂运算的需求越来越强,过去只用于少数科研机构的高性能计算机,也开始成为众多院校必备的“基础设施”。
探寻高校HPC的生命力
高等教育在中国一向备受关注,改革开放后飞速发展的经济对于大量高素质人才与日剧增的渴求,更是牵动了政府的教育投入随GDP的增长而不断递加。来自政府和社会的倾情投入,使得国内各类教育机构的教学及科研水平发生了日新月异的变化,其中最引人瞩目的一点,就是它们在引入和应用先进信息技术方面总能快人一步。
35万亿次成就No.1
在七月一个异常闷热的下午,记者在南京大学鼓楼校区见到了周会群。周会群是南京大学地球科学与工程学院的教授,他也是一位是推动高性能计算应用的“热心人”。而正是在南京大学的支持和众多热心人的推动下,南京大学高性能计算中心的建设也正在火热地进行中。
周会群教授的办公室位于南大地球科学实验室,实验室楼下的金陵苑曾经是南京大学前身金陵大学的旧址,一批近代的古建筑围绕在金陵苑周围。金陵苑中还矗立着李四光、竺可桢两位科学家的雕像。两位大师的雕像,似乎在指引着南大高性能计算应用的方向。
周会群教授告诉记者,南京大学作为国内知名的综合大学,不管是在传统的气象、地质等科研领域,还是新兴的生命科学、材料科学领域,一直都很注重理论研究。“大量的理论研究,伴随着很多复杂的理论模型,就会引出大量高度非线性的问题,要对这些问题进行精确的研究,自然就对计算能力提出了很高的要求。但是在过去,由于缺乏相应的计算能力,为了某个项目,科研人员甚至要跑到全国各地去寻找可用计算设备。”
有了高性能计算平台,不光是科研人员不用再跑来跑去地浪费时间和精力,而且,在周会群看来,高性能计算设备计算能力的不断提高,更是促进了科学研究的领域和手段不断向前发展。
“解决复杂的科学问题,往往需要依赖于理论和试验。即通过理论科学来提出关于自然现象的假说,再归纳总结出物理模型和数学模型。而实验科学则验证现成的理论假说,提供新的实验设施,修正理论。”周会群教授说,随着计算机技术的不断进步,现在,研究人员完全有条件利用计算机来进行实验室里面不可能复现的一些实验。
“比如在地球科学领域,我们是‘上天有路,入地无门’,”周会群表示,“探测地球内部非常困难,即便是打超深钻井,其深度还不及大陆地壳的三分之一,地球深部物质无法用直接观察和测试来确定。因为地球内部是超高温、超高压极端条件,而且地球内部具有复杂的物质成分、结构与性质,过去多数地球规模的,以及地球内部的现象都无法用实验来复现; 但是伴随着高性能计算机的兴起,给地球科学的部分研究领域带来了一个革命性的契机。特别是近年来CPU性能的大幅度提升,使得我们有可能通过基于量子力学理论的计算模拟,从物质的微观性质做起,逐步了解地下的这些物质在高温、高压状况下究竟会产生什么样的变化。以往,我们对于地球内部结构成分的认识,很大一部分是通过地震波分析得到的。现在我们完全可以更多地依赖计算,通过虚拟的实验来了解地球内部的结构和成分。”
周会群教授坦言,在国外学习、研究期间,自己曾经尝过高性能计算对科研工作带来的“甜头”。所以在回国之后,他就成为了推动南京大学高性能计算的“热心人”。从2004年开始,他就和另外几位“热心”的南大老师一起,积极地开展南京大学高性能计算中心的规划、设计、选型和建设工作。
2005年开始,他们就开始进行高性能计算中心的设计、调研、选型工作。
经过反复的测试,南京大学最终选择了英特尔至强5500处理器作为自己高性能计算中心的“心”。因为在测试中他们发现,在至强5500平台上,相当多的日常使用的应用软件,运行性能比原来的方案能够获得大幅度提升。据了解,南京大学高性能计算中心正在紧张地调试,预计在2009年年底前能投入使用,建成之后理论计算能力达到35万亿次每秒,有望成为目前中国高校高性能计算设施的No.1。
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