在國際超級計算大會上，新一屆全球超級計算機(jī)500強(qiáng)榜單發(fā)布，中國“神威太湖之光”以大運(yùn)算速度奪得冠軍。過去，中國天河二號超級計算系統(tǒng)連續(xù)6次蟬聯(lián)全球超級計算500強(qiáng)榜單冠軍，已經(jīng)實現(xiàn)了8次連續(xù)冠軍。此外，中國科研團(tuán)隊在“神威太湖之光”上運(yùn)行的超級計算應(yīng)用也首次獲得了被稱為“諾貝爾高性能計算獎”的戈登·貝爾獎。那么什么樣的研究可以在超級計算機(jī)上進(jìn)行呢？
揭示宇宙演化進(jìn)程
由中國科學(xué)家領(lǐng)銜的宇宙中微子數(shù)值模擬國際團(tuán)隊，在“天河二號”超級計算機(jī)系統(tǒng)上成功完成了30萬億粒子對宇宙中微子和暗物質(zhì)的數(shù)值模擬，揭示了1600萬年后宇宙大爆炸以來137億年的漫長演化過程。中微子是自然界中最基本的粒子種類之一。它們沒有充電，動作很快。目前，中微子的絕對質(zhì)量無法通過物理實驗和宇宙學(xué)觀測來測量。中微子可以抑制早期宇宙中星系和大尺度結(jié)構(gòu)的形成。后者可以通過大規(guī)模的宇宙學(xué)數(shù)值模擬間接測量，獲得中微子的質(zhì)量信息。這種大規(guī)模的宇宙學(xué)數(shù)值模擬必須依靠具有強(qiáng)大計算和存儲能力的超級計算機(jī)。
模擬核試驗
躋身500強(qiáng)的超級計算機(jī)是美國的泰坦和紅杉。他們屬于橡樹嶺國家實驗室和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的美國能源部。基于它們的超級計算應(yīng)用涉及核武器的研制和安全維護(hù)。以1945-1992年美國1054次核試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，用超級計算機(jī)建立了核爆炸的數(shù)學(xué)模型，深刻理解了核爆炸的原理，為新一代核武器的研制服務(wù)；大量核武器在接近使用壽命的情況下，超級計算機(jī)模擬可以用來預(yù)測它們何時會失效以及哪些部件需要更換。
氣候模擬和天氣預(yù)報
這一超級計算應(yīng)用獲得了中國戈登·貝爾獎，被稱為“全球非靜態(tài)云分辨率模擬”。該項目以氣候和氣象學(xué)研究為方向。氣象預(yù)報需要對海量氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理、存儲、查詢、分析和統(tǒng)計。用普通計算機(jī)計算幾百年是必要的。例如，降雨與云的運(yùn)動密切相關(guān)。利用超級計算機(jī)可以精確地模擬和觀測云的運(yùn)動。隨著超級計算機(jī)運(yùn)算速度的提高，觀測精度不斷下降。如果我們能“標(biāo)記”未來的每一片云，天氣預(yù)報就可以了。
地震模擬
超級計算機(jī)可以模擬地震。它通過計算不同地層的應(yīng)力變化來模擬地殼運(yùn)動。如中德科學(xué)家利用天河二號模擬真實地震波傳播，再現(xiàn)了1992年美國加利福尼亞州蘭德地震的蘭德地震波傳播過程，為研究地震波的產(chǎn)生、傳播機(jī)理和地震預(yù)報提供了新的途徑。
石油勘探
超級計算機(jī)還可以計算出油井應(yīng)該在哪里鉆探。目前，地震勘探是鉆前勘探油氣資源的重要手段。所謂地震勘探，就是利用地下介質(zhì)的彈性差和密度差，觀察和分析地球?qū)θ斯ぜぐl(fā)地震波的響應(yīng)，推斷地下地層的性質(zhì)和形狀，從而確定油氣的準(zhǔn)確分布。這一過程需要對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行密集的計算和模擬，計算結(jié)果需要轉(zhuǎn)換成直觀的三維圖像，因此必須借助高性能計算機(jī)來實現(xiàn)。
海嘯危害預(yù)測
日本科學(xué)家利用超級計算機(jī)“北京”建立了海嘯模擬模型，并成功預(yù)測了地震后海嘯的破壞情況。結(jié)果表明，在宮城縣發(fā)生地震的情況下，仙臺市的洪水面積可以在10分鐘內(nèi)預(yù)報。如果這項技術(shù)得到推廣，將提高海嘯預(yù)警的準(zhǔn)確性，引導(dǎo)居民更有效地避難。海嘯災(zāi)害模擬量大、時間長，難以進(jìn)行實時災(zāi)害分析。日本“3.11”地震時，海嘯波高預(yù)測值低于實際高度。
精準(zhǔn)醫(yī)療
精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)是為每個人量身定做的醫(yī)療和治療，它不僅是一個醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，而且與計算能力密切相關(guān)。基因差異決定個體差異。一個人的基因組中有30億個堿基對等待著科學(xué)家分析，考慮到人們的生活習(xí)慣和外部環(huán)境等信息。但這還不夠。我們至少需要數(shù)百萬人的基因數(shù)據(jù)才能形成一個數(shù)據(jù)庫，這樣我們就可以分析基因差異與各種健康問題之間的關(guān)系，從而“治療”人。所有這些都需要強(qiáng)大的計算能力來處理。
藥物開發(fā)
在超級計算機(jī)“京”的幫助下，科學(xué)家們成功研制出抗癌新藥。研究人員將研究重點放在對癌細(xì)胞增殖起重要作用的蛋白質(zhì)上，并以這種特殊蛋白質(zhì)為突破口，利用超級計算機(jī)模擬計算出能夠有效抑制癌細(xì)胞增殖的化學(xué)物質(zhì)。一般來說，計算這種癌細(xì)胞特異蛋白與可能有效藥物的結(jié)合及其對體內(nèi)水分的影響極其復(fù)雜，因此有必要借助超級計算機(jī)進(jìn)行精確的模擬實驗。
模擬血流
人體血管的總長度為10萬至16萬公里。沒有超級計算機(jī)，幾乎不可能實時模擬血管中的血液流動。美國科學(xué)家用超級計算機(jī)成功地復(fù)制了整個人類動脈系統(tǒng)。任何直徑超過1毫米的動脈都會出現(xiàn)在分辨率為9微米的三維模型中。中國科學(xué)家也在用“太湖神威燈”模擬和分析人體血液流動。這樣可以及時有效地判斷一個人是否會有腦梗死的危險，而無需在血管內(nèi)放置測量裝置。除了模擬血液流動，超級計算機(jī)還可以模擬心臟、大腦和身體其他部位。
