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超级计算机的应用领域

发布时间:2019-04-28 19:04

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  超级计算机是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机,多用于国家高科技领域和尖端技术研究,是国家科技发展水平和综合国力的重要标志。超级计算机常用于需要大量运算的工作,譬如天气预测、气候研究、运算化学、分子模型、物理模拟、密码分析等等。

  中短期天气预报主要是根据气象卫星等观测的大气实况资料,通过求解描述天气演变过程的动力学方程组实现的,这种大规模的数值计算必须由超级计算机完成。例如,在2008年北京奥运会举办时,北京市气象局所购置的IBM Systemp575超级计算机的计算能力是原有系统的10倍,基于IBM Systemp575更高的计算性能,新的天气预报系统可覆盖4.4万平方公里的区域,且能为每平方公里按小时提供天气和空气质量预报等。

  日本海洋研究开发机构的“地球模拟器”是一套用于地球大气循环监测和分析、温室效应预测、地壳及地震监测和预报等大规模计算的向量处理超级计算机系统。

  开发一种新的药品,通常需要从研制和试验的很多步骤,一般需要大约15年的时间,而利用超级计算机则可以对药物研制、治疗效果和不良反应等进行模拟试验,从而将新药的研发周期缩短3~5年且可显著降低研发成本。例如,美国基因工程技术公司的研究团队曾将超级计算机应用于一种致活酶类药物的研发,在14个月之内从50多万个化学分子中筛选出两个候选药物进行最终合成和临床试验,整个过程中真正在实验室里合成的分子只有2000个,其余均用超级计算机模拟完成,仅此就节省了上百倍的时间和成本。

  石油勘探大多采用地震勘测的办法,即在地面进行爆破后,用探测仪器检测和采集震动反射波的大量数据,利用对这些数据计算、处理和分析结果确定地下储油位置。石油勘探中大量数值的快速计算、处理和分析,必需由高性能的超级计算机完成。例如,2007年曙光4000L超级计算机就曾在发现储量高达10亿吨的渤海湾冀东南堡油田的过程中发挥了关键作用,而其后的曙光5000A超级计算机的应用,则进一步达到了地下数千米的勘探深度。

  《全面禁止核试验条约》的签订之后,相关的一些国家开始转向利用大规模数值计算的方法进行核武器的模拟试验,以评测核武器的各项性能,这种应用对计算性能有着很高的要求。例如,美国劳伦斯利夫摩尔国家实验室就曾使用计算速度为360 Tflops的IBM“蓝色基因”(BlueGene/L)超级计算机进行过极为逼真的核弹爆炸三维模拟。此外,法国原子能委员会最近也订购了一台由布尔公司生产的、计算速度为1000Tflops的Tera-100超级计算机,将接替目前的Tera-10超级计算机用于模拟核武器爆炸过程。

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