Cardioid模型模擬心臟

LLNL制造出來(lái)的人類心臟Cardioid模型，能夠模擬心臟活動(dòng)超過(guò)7小時(shí)，而之前的模型僅僅能模擬45分鐘的心臟活動(dòng)。這樣，藥物對(duì)與心臟的影響就能通過(guò)Cardioid模型來(lái)測(cè)試。

為什么需要建立一個(gè)這樣的心臟模型，來(lái)模擬人類的心臟活動(dòng)呢? LLNL實(shí)驗(yàn)室科學(xué)計(jì)算研究院的負(fù)責(zé)人Fred Streitz表示，對(duì)于測(cè)試藥物對(duì)人類器官影響的實(shí)驗(yàn)，有著相關(guān)的法律規(guī)定。通過(guò)這樣的模型，我們可以避免觸犯這些法律規(guī)定，就可以得知藥物的效果。另外這也擴(kuò)展了超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。

Cardioid

像Cardioid這種現(xiàn)代化的心臟模型，是將器官劃分為一個(gè)個(gè)的小單元，每個(gè)單元越小，就越接近真實(shí)心臟的運(yùn)動(dòng)。在Cardioid之前，心臟模型能夠精確到0.2mm，而Cardioid將精度提高到了0.1mm。并且Mirin說(shuō)到，過(guò)去人們往往只能同時(shí)運(yùn)行數(shù)十個(gè)心臟模型，但是在Sequoia 上，能夠同時(shí)運(yùn)行數(shù)千個(gè)心臟模型，速度也比之前的快300多倍。

Cardioid是將每一個(gè)細(xì)胞看做一個(gè)單元，模型運(yùn)行起來(lái)之后，科學(xué)家們能夠測(cè)試藥物、電擊對(duì)于每個(gè)細(xì)胞的影響。

Cardioid并不是第一個(gè)人類器官的電子或者化學(xué)模型，Dave Richard說(shuō)到，實(shí)際上，我們用到的一些數(shù)字處理方法就是借鑒他人的經(jīng)驗(yàn)，例如有人模擬出了人類的大腦，還有其他許多實(shí)驗(yàn)室都在模擬人類的器官系統(tǒng)，這其中就有心臟，但是LLNL有一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)：他們擁有著世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)。

超算計(jì)算機(jī)是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的領(lǐng)域，各國(guó)各企業(yè)都積極研制高性能計(jì)算機(jī)，如今世界上最快計(jì)算機(jī)Sequoia的峰值性能已經(jīng)超過(guò)了 16.32PFLOPS的浮點(diǎn)峰值計(jì)算能力。16.32PFLOPS是一個(gè)什么計(jì)算速度呢，用現(xiàn)在常見的手持計(jì)算器作對(duì)比，整個(gè)地球的人用手持計(jì)算器連續(xù)計(jì)算320年的工作量，IBM Sequoia只需一個(gè)小時(shí)就能完成。

手持計(jì)算器

IBM Sequoia是IBM為NNSA(National Nuclear Security Administration美國(guó)核能安全局)研制的超級(jí)計(jì)算機(jī)，落戶在加利福尼亞的Lawrence Livermore National Laboratory(美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室)，將用于核武器的實(shí)驗(yàn)?zāi)M。

IBM與LLNL的研究人員

在2011年9月，IBM公布的一項(xiàng)600多頁(yè)的專利文件顯示，IBM正在建設(shè)計(jì)算首個(gè)超過(guò)10萬(wàn)萬(wàn)億次浮點(diǎn)計(jì)算的超級(jí)計(jì)算機(jī)，其計(jì)算能力大約是當(dāng)時(shí)排名第一的“京”(K Computer)的12倍。

IBM Sequoia計(jì)劃

IBM計(jì)劃建設(shè)的超級(jí)計(jì)算機(jī)BlueGene/Q Sequoia，其峰值性能可達(dá)到20PFLOPS，而其升級(jí)版將是首個(gè)超過(guò)10萬(wàn)萬(wàn)億次浮點(diǎn)計(jì)算的超級(jí)計(jì)算機(jī)，達(dá)到107PFLOPS，是目前世界最快K Computer的12倍。

根據(jù)IBM的計(jì)劃，Sequoia超級(jí)計(jì)算機(jī)將在2012年實(shí)現(xiàn)20PFLOPS的峰值浮點(diǎn)計(jì)算能力，根據(jù)最新一期2012年6月份的TOP500排名，IBM Sequoia已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了16.32PFLOPS的計(jì)算能力。

Sequoia建造中

IBM Sequoia超級(jí)計(jì)算機(jī)，采用的是BlueGene/Q 架構(gòu)，藍(lán)色基因系列超級(jí)計(jì)算機(jī)在TOP500中占據(jù)的分量也是十分可觀。在前50位超級(jí)計(jì)算機(jī)中就有14套藍(lán)色基因超級(jí)計(jì)算機(jī)。按照計(jì)劃，20 PFLOP/s的Sequoia將采用約160萬(wàn)個(gè)A2處理核心，由96個(gè)機(jī)架構(gòu)成。

其實(shí)在2011年11月的超算TOP500排名中，就有IBM Sequoia，不過(guò)由于還處于建設(shè)升級(jí)初期，只排在17位，其總核芯數(shù)也有65526個(gè)，峰值浮點(diǎn)計(jì)算性能達(dá)到了0.69PFLOPS，功率為340.50kW。

Sequoia超級(jí)計(jì)算機(jī)

而到2012年6月份統(tǒng)計(jì)，Sequoia的核芯數(shù)已經(jīng)達(dá)到了1572864個(gè)，峰值計(jì)算性能也達(dá)到了16.32PFLOPS，超過(guò)日本K Computer的10.51PFLOPS。功率僅為7890kW，為日本K Computer的一半多點(diǎn)，K Computer的功率為12659.89kW。

目前Sequoia的核芯數(shù)為157萬(wàn)，距離預(yù)定計(jì)劃的160萬(wàn)個(gè)已經(jīng)相差不遠(yuǎn)，要在年底前實(shí)現(xiàn)20PFLOPS應(yīng)該不是問題。

Sequoia建造中

Sequoia超級(jí)計(jì)算機(jī)的16.32PFLOPS的運(yùn)算速度是個(gè)什么概念，做個(gè)對(duì)比，67億個(gè)人用手持計(jì)算器，不停的計(jì)算上320年的計(jì)算量，Sequoia只需用一個(gè)小時(shí)完成。

Sequoia

Sequoia是建造來(lái)進(jìn)行核武器的模擬實(shí)驗(yàn)的，并且很快會(huì)正式開始工作。像其他許多超級(jí)計(jì)算機(jī)一樣，在首次正式運(yùn)行之前的公共測(cè)試期間，其他一些科學(xué)家能夠利用超級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)行其他的一些應(yīng)用，此次的心臟模擬就是其中之一。

超算實(shí)際應(yīng)用

超級(jí)計(jì)算機(jī)的實(shí)際應(yīng)用可謂是十分的廣泛，宏觀可到宇宙、微觀到流感病毒，超級(jí)計(jì)算機(jī)在當(dāng)前科學(xué)研究中的地位越來(lái)越明顯。

例如2012年8月下旬，著名的科學(xué)家霍金就啟動(dòng)了名COSMOS(宇宙)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，利用超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)幫助探究宇宙起源奧秘。

霍金與COSMOS超級(jí)計(jì)算機(jī)

COSMOS超級(jí)計(jì)算機(jī)的啟動(dòng)儀式是作為2012數(shù)字宇宙學(xué)研討會(huì)的一個(gè)組成部分。在英國(guó)劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)研究中心舉辦的2012數(shù)字宇宙學(xué)研討會(huì)上，著名的科學(xué)家霍金表示，最近我們?nèi)祟愒谟钪鎸W(xué)和量子物理學(xué)上取得了一些進(jìn)展。宇宙學(xué)現(xiàn)在是一個(gè)精密學(xué)科，因此需要像COSMOS這樣的超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)分析和研究認(rèn)識(shí)真實(shí)的宇宙，來(lái)檢驗(yàn)我們的數(shù)學(xué)模型是否準(zhǔn)確。

目前探索宇宙的方法除了宇宙飛船，最主要的還是天文望遠(yuǎn)鏡，利用射電望遠(yuǎn)鏡來(lái)收集宇宙中的各種射線信號(hào)，從這些射線中分析宇宙的起源等等。而天文望遠(yuǎn)鏡龐大的數(shù)據(jù)量則需要超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)處理。在7月份，澳大利亞的天文學(xué)家表示會(huì)花費(fèi)3千3百萬(wàn)美元購(gòu)置超級(jí)計(jì)算機(jī)。

在一份聲明中，澳大利亞一位科學(xué)家表示，超級(jí)計(jì)算機(jī)是科學(xué)研究中必不可少的工具，有了它，澳大利亞的科學(xué)家在諸多領(lǐng)域內(nèi)的研究將會(huì)更進(jìn)一步，例如宇宙射線、納米技術(shù)、生物技術(shù)等等。

計(jì)劃中的超級(jí)計(jì)算機(jī)將會(huì)用來(lái)處理Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP，澳大利亞平方千米陣列望遠(yuǎn)鏡探測(cè)器)和Murchison Widefield Array radio telescopes(MWA，Murchison陣列射電望遠(yuǎn)鏡)的產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)。在2013年3月份，Cray建造的超級(jí)計(jì)算機(jī)將交付給 Pawsey中心。

Pawsey中心

除了宏觀的宇宙，微觀世界中的流感病毒的也可利用超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)研究。2012年7月中旬，有媒體報(bào)道稱IBM的藍(lán)色基因超級(jí)計(jì)算機(jī)可以深入的研究流感病毒，從而更徹底的根治感冒。

流感病毒3D模型

墨爾本的醫(yī)學(xué)家利用IBM藍(lán)色基因超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)模擬出流感病毒的3D模型，對(duì)流感病毒進(jìn)行進(jìn)一步的研究，希望能夠從流感病毒的自身架構(gòu)上尋找到抑制流感病毒的傳播。

FuturICT計(jì)劃

再如，歐盟斥資14億美元開展FuturICT計(jì)劃，預(yù)測(cè)地球未來(lái)。也許在將來(lái)不久，世界末日的預(yù)言將有超級(jí)計(jì)算機(jī)給出，F(xiàn)uturICT計(jì)劃中將建立一套名為“Living Earth Simulator(LES，動(dòng)態(tài)地球模擬)”的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，按此前的計(jì)劃，LES將在2022年開始正式工作，預(yù)測(cè)地球社會(huì)動(dòng)態(tài)及經(jīng)濟(jì)趨勢(shì)，尤其是全球性的危機(jī)事件。

全文總結(jié)：宏觀到宇宙起源，微觀到病毒研究，甚至是預(yù)測(cè)未來(lái)，超級(jí)計(jì)算機(jī)不僅僅是一個(gè)國(guó)家的科技發(fā)展水平的代表象征，其實(shí)際應(yīng)用也是十分重要的一環(huán)，大氣氣候海洋等數(shù)據(jù)量比較大的領(lǐng)域，超級(jí)計(jì)算機(jī)發(fā)揮的作用毋庸置疑，再如最大的天文望遠(yuǎn)鏡，其對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)的要求也是十分的苛刻。而且，與人類日常生活息息相關(guān)的流感病毒，也需要借助超級(jí)計(jì)算機(jī)研究，因此才會(huì)有諸多國(guó)家企業(yè)致力于超級(jí)計(jì)算機(jī)的研究。

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