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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之一——Summit系統(tǒng)，來運行兩項用于促進清潔能源生產(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個研究團隊授予了總計超過700萬個節(jié)點小時的超級計算機節(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。由IBM打造的Summit擁有相當于7000萬部iPhone 11s的系統(tǒng)能力，科學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)導的團隊獲得了24萬個節(jié)點小時，用于推進海上風電領(lǐng)域的研究。Li希望通過使用Summit超級計算機，能夠運行復雜的模擬來研究控制和操作海上渦輪機的新方法，從而以最佳方式優(yōu)化風力發(fā)電。
特別是Li的團隊將研究一種稱為沿海低空急流的風現(xiàn)象，這種經(jīng)常發(fā)生在海岸線上的現(xiàn)象，會影響海上風力渦輪機的性能和可靠性。研究人員借助高保真計算模型可以模擬出風電場和沿海低空噴氣機之間的相互作用，為未來更高效的風電場設(shè)計提供信息。
這些研究結(jié)果還將用于指導美國能源部的ExaWind項目，該項目旨在加快美國陸上和海上風力發(fā)電廠的部署，這一問題需要準確了解自然風現(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測少數(shù)渦輪機的行為。
ExaWind項目旨在生成風電場的預測模擬，其中數(shù)十兆瓦級的風力渦輪機分散在方圓數(shù)平方公里的復雜地形區(qū)域內(nèi)——這種計算可能涉及多達1000億個網(wǎng)格點的模擬。
因此，Summit系統(tǒng)為Li團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)用機器學習方法來改進噴氣發(fā)動機或發(fā)電渦輪機等物理機器的設(shè)計。
在結(jié)合機器學習和模擬的情況下，Osusky團隊可以快速模擬現(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)計進行驗證。
Osusky說：“這些模擬將提供有關(guān)這些復雜設(shè)備實際情況的前所未有的洞察，遠遠超出當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)動機設(shè)計，從而進一步促進我們的脫碳目標。”
讓超大規(guī)模計算扎根未來
Summit超級計算機擁有200 petaflops的計算能力，將極大地推動Li和Osusky團隊的研究工作——不過，GE已經(jīng)將目光投向了更強大的系統(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——是當今最強超級計算機的近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，到研究病毒進入宿主細胞的方式。
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也相當熱衷于參與到百億億級超級計算機的發(fā)展中。GE Research計算方法研究高級主管Richard Arthur：“政府機構(gòu)與業(yè)界及學界展開合作，推動計算科學和工程設(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是公認的Top500榜單的作者之一，該榜單定期列出全球最強大的500臺超級計算機。此前他預測說，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測。
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