中外超算新奥尔良论剑：用HPC干点大事

美国时间11月19日，在2014全球超级计算大会(SC14)期间，“HPC Connection Workshop”在新奥尔良召开，美国阿贡国家实验室、陶氏化学、澳大利亚波希超算中心、日本筑波大学与国家超算广州中心、上海超算中心、中科院超算中心、上海交通大学等中外知名超算应用机构汇聚一堂，就HPC在计算化学和计算生物学中的应用，展开了一场“火星撞地球”的对话。

“HPC Connection Workshop”由亚洲超算协会和浪潮集团联合举办，每年在德国ISC大会和美国SC大会期间召开，重在探讨超算在前沿科学领域的应用创新和发展趋势，推动中国超算同全球的交流与合作。下面，就让我们走入本次Workshop，了解一下这些全球领先的超算机构都在用HPC做些什么?

阿贡实验室：用超算让电池能量增加2倍

阿贡实验室首席计算科学家Dr. Raymond Bair表示，当下技术创新与高性能计算的规模密切相关。目前，阿贡的科学家和工程师们正在开发新的先进电池和燃料电池，先进的电力生成和储存系统，以及进行环境基因组测试。

借助超级计算机，阿贡实验室在碳纳米管电极锂离子电池研究中取得突破性进展，通过对电极、结构的研究，让电池能量增加了近2倍。此外，阿贡通过收集环境中的擦伤样本积累了超过145,000的DNA样本数据，并使用超级计算机进行了超过60 x 1012的碱基对分析，这一分析量相当于完成20,000人的全基因测序。

阿贡实验室是美国第一个特许成立的国家实验室，从1951年起就非常重视超级计算机，先后设计了多套世界最快的超级计算机，目前使用的米拉(Mira)是世界排名第5的超级计算机。

陶氏化学：没有HPC就没有竞争力

陶氏化学高性能计算中心负责人Dee Dickerson强烈的相信，随着越来越多领域的化学信息的爆炸式增长，成百上千的化学家们将在超级计算机旁而不是在实验室中进行研究，计算化学的时代已经到来。未来，没有HPC就没有竞争力可言。

“使用HPC后，陶氏可以对化学领域以前特别难回答或难以得出结论的问题展开研究，进行更深和更广的化学分离，为不同区域的客户提供帮助。HPC已经成为我们进行化学分离的关键方法，为我们的用户提供了很大的帮助。”Dee Dickerson介绍说，在过去连续的5年时间里，由于大规模使用了HPC，陶氏在专利创新方面的数量大幅提高。截止2013年，陶氏化学利用HPC提供的数据作支撑，研究出来的专利数已达到560个。而在2014年，陶氏化学利用HPC完成了超过400万个项目的科学计算工作， CPU总运行时间超过2100万小时。

陶氏化学是位居世界化学工业界第二名的国际跨国化工公司(美国杜邦居第一位)，在HPC应用方面主要开展计算流体力学研究，有限元分析，以及包括分子动力学、分子力学、量子力学在内的化学研究。

澳大利亚波希超算中心：用南半球最大超级计算机做“大事”

澳大利亚波希超算中心(The Pawsey Supercomputing Centre)iVEC项目副主任George Beckett介绍说，该中心拥有南半球最大的研究用超级计算机Magnus，其采用先进的地下水冷技术，并根据西澳阳光资源充足的特点，利用140千瓦的光伏电池为地表水冷却提供能源，目标是打造零成本的超算冷却系统。

目前，波希超算中心利用Magnus创建了包含扩张与收缩在内的肺部呼吸3D模型，可进行有史以来最逼真的典型呼吸气流模拟，用以研究不同气雾剂药物对肺的影响。同时开展的项目还有对Jarrah森林研究，由于受气候变化导致的极端天气事件影响，这一西澳标志性的森林正面临威胁。波希超算中心在Magnus上建立了西澳未来 30 年气候变化模型，充分考虑了莱顿弗罗斯特效应，以及极端炎热、降水和干旱天气，通过5 公里分辨率模拟、实地观察以及卫星观测的结合，为未来环境保护提供了极具参考价值的改进依据。

除此之外，Magnus还加速了波希超算中心众多原有项目的研究，如碳60(又名富勒烯)分子的热形成研究，从以前的20天缩短到现在的1小时。碳60是目前非常前沿的新材料分子，广泛应用在增强金属、作催化剂、气体贮存、光学材料、高分子材料、医学应用等领域，如使用碳60制造新一代的光芯片、性能出色的超导体、对抗艾滋病和癌症等。

另一个获得加速的重要项目是利用微生物提高原油开采效率的研究，该项目希望寻找到如何通过小心注射微生物体使得油储层增产的方法。但这一复杂过程很难进行实验和研究，原因在于生产试验相当危险，可能会导致对生态环境的破坏。在原有的计算机上，每次模拟需要运行20个场景、456个模型，通常需要耗费30,000小时，而现在波希超算中心正在使用Magnus的100个节点来完成这一工作。

George Beckett表示，未来波希超算中心将主要开展全球最大的射电望远镜阵列——平方公里射电望远镜阵列(Square Kilometre Array，简称SKA)项目的研究。SKA项目建成后，将成为全球最大的“大数据”项目，其每年产生的数据量高达3,000PB，是谷歌的30倍，需要20台目前全球最快超级计算机天河二号才能完成数据处理工作。

此次在新奥尔良举行的“HPC Connection Workshop”，与SC14所倡导的主题“HPC Matters”不谋而合。在SC大会主办方看来，Matters指的是值得讨论和考虑的问题，尤其是有重大影响的紧要问题，而从“HPC Connection Workshop”的内容来看，随着对超算理解和应用的深入，世界各国的超算机构都在考虑如何用HPC来做点“大事”。相信在不远的未来，科学家们利用超算将会解决更多人类共同面临的重大问题。