高性能コンピュータでできること

できること: 1. 宇宙ニュートリノと暗黒物質の数値シミュレーションを行って、宇宙の進化プロセスを明らかにする; または、時間プロセスをシミュレートし、シミュレーションプロセスを加速して、宇宙の進化をモデル化およびモデル化することもできます。天体理論実験。 2. 核爆発の数学的モデルを確立し、核爆発の原理を深く理解し、新世代の核兵器の開発に役立てたり、核兵器がいつ故障するか、どの部品を交換する必要があるかを予測する。 3. 雲の動きを正確にシミュレーションして観察し、気候シミュレーションと天気予報を実現します。 4. 地震をシミュレーションして人類が地震予測方法を探求できるようにし、それによって地震に関連するリスクを軽減します。

このチュートリアルの動作環境: Windows 7 システム、Dell G3 コンピューター。

高性能コンピューター (HPC、スーパーコンピューターとも呼ばれる) は、主に他のコンピューターでは解決できない困難な問題を解決するために使用されます。通常、非常に高速な計算速度、大容量のストレージ容量、および非常に高い処理能力を備えたコンピューターを指します。高い通信帯域幅、コンピュータのようなもの。ハイパフォーマンス コンピューティングはコンピュータ科学および工学の「王冠」とみなされており、近年各国は国家レベルでの研究開発計画を頻繁に立ち上げています。

高性能コンピュータとは、最も強力な機能、最速の計算速度、最大の記憶容量を備えたコンピュータであり、主に国のハイテク分野や最先端の​​技術研究で使用されています。国の科学研究力は、国家安全保障、経済的、社会的発展に大きな影響を及ぼし、極めて重要です。国の科学技術発展水準と総合的な国力を示す重要な象徴である。

高性能コンピュータとは、通常のパソコンでは処理できない大量のデータや高速な演算を実行できるコンピュータのことです。基本的な構成要素はパソコンの概念とそれほど変わりませんが、仕様や性能がより強力になった超大型の電子計算機です。強力なコンピューティング能力とデータ処理能力を備え、高速・大容量を主な特徴とし、多彩な外部機器や周辺機器、豊富で高機能なソフトウェアシステムを備えています。既存のスーパーコンピューターのほとんどは、1 秒あたり 1 テラタイムを超える速度で動作できます。

ハイテク開発の要素として、高性能コンピューターは長い間、世界中の国々の経済と国防のための競争力のあるツールとなってきました。中国の科学技術関係者による数十年にわたるたゆまぬ努力を経て、中国の高性能コンピュータの研究開発レベルは大幅に向上し、米国、日本に次ぐ第３位の高性能コンピュータ開発・生産国となった。中国は現在、22台のスーパーコンピュータ（中国本土に19台、香港に1台、台湾に2台）を保有しており、世界第2位となっており、保有台数と計算速度の面で世界をリードしている。また、産業、科学研究、学術分野でも使用されることが増えています。しかし、高性能コンピュータの応用分野では、米国やドイツなどの先進国と中国との間には依然として大きな差がある。中国の高性能コンピューターとそのアプリケーションの開発は、中国が技術大国になるための強固な基盤と保証を提供します。

高性能コンピュータの活用

1. 宇宙の進化を明らかにする

中国の科学者が率いる宇宙ニュートリノ数値シミュレーションの国際チームは、「天河2号」スーパーコンピューターシステム上で30兆個の粒子を含む宇宙ニュートリノと暗黒物質の数値シミュレーションを成功裡に完了し、次のことを明らかにした。ビッグバンから1600万年後、137億年という長い進化の過程。ニュートリノは、自然界で最も基本的な種類の粒子の 1 つです。料金はかからず、非常に迅速に対応します。現在、ニュートリノの絶対質量は物理実験や宇宙論的観測では測定できません。ニュートリノは、初期宇宙における銀河や大規模構造の形成を阻害する可能性がある。後者は、大規模な宇宙論的数値シミュレーションを通じて間接的に測定して、ニュートリノの質量情報を得ることができます。このような大規模な宇宙論的数値シミュレーションは、強力なコンピューティング機能とストレージ機能を備えたスーパーコンピューターに依存する必要があります。

時間過程をシミュレーションし、シミュレーションの過程を加速して、天体の進化に関するモデリングや理論実験を行うことも可能です。

2. 模擬核実験

トップ 500 のスーパーコンピューターは、米国の Titan と Sequoia です。彼らは米国エネルギー省のオークリッジ国立研究所とローレンス・リバモア国立研究所に所属しています。それらに基づくスーパーコンピューティングの応用には、核兵器の開発と安全維持が含まれます。 1945 年から 1992 年までの 1,054 回の米国の核実験のデータに基づいて、スーパーコンピューターを使用して核爆発の数学的モデルが確立されました。これにより、核爆発の原理の深い理解が得られ、新世代の核兵器の開発に役立ちました。多数の核兵器が耐用年数の終わりに近づいているため、スーパーコンピューターのシミュレーションを使用して、核兵器がいつ故障するか、どの部品を交換する必要があるかを予測できます。

3. 気候シミュレーションと天気予報

このスーパーコンピューティング アプリケーションは中国ゴードン ベル賞を受賞しており、「グローバル非静的クラウド解像度シミュレーション」と呼ばれています。このプロジェクトは気候と気象学の研究を目的としています。天気予報には、大量の気象データのリアルタイムの処理、保存、クエリ、分析、統計が必要です。通常のコンピュータで計算するには数百年かかります。例えば、降雨量は雲の動きと密接に関係しています。雲の動きはスーパーコンピューターを使って正確にシミュレーションし、観測することができます。スーパーコンピューターの計算速度が向上するにつれて、観測の精度は低下し続けています。将来、すべての雲に「タグ付け」できれば、天気予報もうまくいくでしょう。

4. 地震シミュレーション

スーパーコンピューターは地震をシミュレーションできます。さまざまな地層の応力変化を計算することで地殻変動をシミュレートします。例えば、中国とドイツの科学者は、天河2号を使って実際の地震波伝播をシミュレーションし、1992年に米国カリフォルニア州で発生したランド地震のランド地震波伝播プロセスを再現し、地震波の発生と伝播メカニズムを研究する新しい方法を提供した。地震予知。

地震のシミュレーションは、人類が地震予測方法を探求するのに役立ち、それによって地震に関連するリスクを軽減できます。

5. 石油探査

スーパーコンピューターは、油井を掘削すべき場所を計算することもできます。現在、地震探査は、掘削前に石油およびガス資源を探索する重要な手段です。いわゆる地震探査は、地下媒体の弾性差と密度差を利用して、人工的に励起された地震波に対する地球の応答を観察および分析し、地下地層の性質と形状を推測し、それによって石油とガスの正確な分布を決定することです。 。このプロセスには膨大なデータを集中的に計算してシミュレーションする必要があり、その計算結果を直感的な三次元画像に変換する必要があるため、高性能のコンピューターが必要となります。

6. 津波災害予測

日本の科学者はスーパーコンピューター「北京」を使用して津波シミュレーションモデルを確立し、その後の津波による被害の予測に成功しました。地震。 。その結果、宮城県で地震が発生した場合、仙台市の浸水範囲を10分以内に予測できることが判明した。この技術が推進されれば、津波警報の精度が向上し、住民のより効果的な避難誘導が可能になります。津波災害シミュレーションには膨大な時間がかかり、リアルタイムの災害解析が困難です。日本の「3.11」地震では、予測された津波の波高は実際の高さよりも低かった。

7.プレシジョン・メディシン

プレシジョン・メディシンとは、一人ひとりに合わせた医療・治療のことで、医療分野だけでなくコンピューティング分野にも関係しています。権力と密接に関係している。遺伝子の違いが個人の違いを決定します。人間のゲノムには 30 億塩基対があり、人々の生活習慣や外部環境などの情報を考慮した科学者による分析が待たれています。しかし、これでは十分ではありません。遺伝子の違いとさまざまな健康問題との関係を分析して人々を「治療」できるようにするには、データベースを形成するために少なくとも数百万人からの遺伝子データが必要になるでしょう。これらすべてを処理するには、かなりのコンピューティング能力が必要です。

8. 薬剤開発

スーパーコンピューター「北京」の助けを借りて、科学者たちは新しい抗がん剤の開発に成功しました。研究者らは、がん細胞の増殖に重要な役割を果たすタンパク質に研究の焦点を当て、この特殊なタンパク質を突破口として、スーパーコンピューターのシミュレーションを使用して、がん細胞の増殖を効果的に抑制できる化学物質を計算しました。一般に、このがん細胞特異的タンパク質と潜在的に効果的な薬剤との結合や、体内水分への影響を計算することは非常に複雑であり、スーパーコンピューターの助けを借りた正確なシミュレーション実験が必要です。

9. 血流のシミュレーション

人間の血管の全長は10万キロメートルから16万キロメートルです。スーパーコンピューターがなければ、血管内の血液の流れをリアルタイムでシミュレーションすることはほぼ不可能でしょう。米国の科学者は、スーパーコンピューターを使用して人間の動脈系全体を複製することに成功しました。直径 1 mm を超える動脈はすべて、9 ミクロンの解像度で 3D モデルに表示されます。中国の科学者はまた、人間の血流をシミュレートおよび分析するために「Taihu Divine Power Lantern」を使用しています。これにより、血管内に測定器を挿入することなく、脳梗塞の危険性があるかどうかを迅速かつ効果的に判定することができる。スーパーコンピューターは、血流のシミュレーションに加えて、心臓、脳、その他の体の部分もモデル化できます。

10. 運輸業界

スーパーコンピューターは、自動車、飛行機、船舶などの乗り物の空気力学、燃料消費量、構造設計、衝突回避を理解して改善し、改善に役立てることができます。乗員の快適性、騒音の低減などはすべて、経済的および安全性の潜在的な利点をもたらします。

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