Turbocharging zinātne: superdatoru trīskāršā zinātnes spējas ar lielāku efektivitāti

Brian McGinty Karatbars Gold Review Brian McGinty June 2017 Brian McGinty (Jūlijs 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Nacionālais atmosfēras izpētes centrs (NCAR) šajā mēnesī uzsāk darbību, kas ir viens no pasaulē vissvarīgākajiem un energoefektīvākajiem superdatoriem, sniedzot valstij nozīmīgu jaunu instrumentu, lai veicinātu izpratni par atmosfēras un saistītajām Zemes sistēmu zinātnēm.

Nosauktais Šaiēns, 5.34-petaflop sistēma spēj vairāk nekā trīskāršot zinātnisko skaitļošanas apjomu, ko veic iepriekšējais NCAR superdators, Yellowstone. Tas ir arī trīs reizes efektīvāks enerģijas patēriņš.

Šahjens piešķīrumu nolūkos mazāku piešķīruma pieprasījumu var uzskatīt, ka viena Yellowstone kodola stunda ir ekvivalents 0, 82 Šaiena kodola stundām. Tas ir, aprēķiniet savu skaitļošanas nepieciešamību, pamatojoties uz Yellowstone izmaksām, un reiziniet kopējo summu par 0, 82, lai sasniegtu jūsu Šaienas novērtējumu. Ideāli labākie lietotāji, kas vislabāk vēlas iesniegt lielākus pieprasījumus, vispirms pieprasīs nelielu kvotu piešķiršanu un veiks precīzāku izmaksu aprēķinu veikšanu.

Zinātnieki visā valstī izmantos Šaienni, lai pētītu parādības, sākot no ugunsgrēkiem un seismiskās aktivitātes, līdz pūtībām, kas rada spēku vēja ģeneratoru saimniecībās. Viņu secinājumi radīs pamatu labākai sabiedrības aizsardzībai pret dabas katastrofām, izraisīs sīkākas sezonas un ilgtermiņa laika un laika apstākļu un klimata mainīguma un izmaiņu prognozes un uzlabos laika un ūdens prognozes, kas ekonomikas nozarēs ir nepieciešamas no lauksaimniecības un enerģijas uz transportu un tūrisms.

"Šaiēns palīdzēs mums attīstīt zināšanas, kas nepieciešamas, lai glābtu dzīvības, aizsargātu īpašumu un ļautu ASV uzņēmumiem labāk konkurēt pasaules tirgū, " sacīja Universitātes Atmosfēras pētījumu korporācijas prezidents Antonio J. Busalacchi. "Šī sistēma ir mūsu zinātnes turbočarings."

UCAR pārvalda NCAR Nacionālā zinātnes fonda (NSF) vārdā.

Šobrīd Šaienne ir pasaulē visātrākais un visātrākais superdatoru pasaulē, kas ir visstraujāk kalnu rietumos, lai gan šādas klasifikācijas mainās, jo operācijas sākas ar jaudīgākām un jaudīgākām mašīnām. To finansē NSF, kā arī Wyoming valsts, izmantojot apropriāciju Vjomingas Universitātei.

Cheyenne atrodas NCAR-Wyoming Supercomputing Center (NWSC), kas ir viena no valsts pirmajām superkompānijām pētniecībai. Kopš NWSC atklāšanas 2012.gadā vairāk nekā 2200 zinātnieku no vairāk nekā 300 universitātēm un federālajām laboratorijām ir izmantojušas savus resursus.

"Izmantojot mūsu darbu pie NWSC, mums ir labāka izpratne par tādiem svarīgiem procesiem kā virszemes un pazemes hidroloģija, plūsmas fizika rezervuāra klinī, kā arī laika apstākļu modifikācija un nokrišņu stimulācija, " teica William Gern, pētniecības un ekonomikas attīstības viceprezidents Vjomingas Universitāte. "Svarīgi, ka mēs arī ieviešam Vjomingas skolas vecuma studentus par skaitļošanas nozīmi un spēju."

NWSC atrodas Šaiennē, un jaunās sistēmas nosaukums tika izvēlēts, lai apmierinātu atbalstu, ko centrs ir saņēmis no šīs pilsētas iedzīvotājiem. Nosaukums arī piemin pilsētas gaidāmo 150 gadu jubileju, kas tika dibināta 1867. gadā un nosaukta par amerikāņu Indijas šaiņnieka nāciju.

Palielināta jauda, ​​lielāka efektivitāte

Šaienne tika izveidota ar Silicon Graphics International vai SGI (tagad ir Hewlett Packard Enterprise Co daļa) ar DataDirect Networks (DDN), kas nodrošina centralizētu failu sistēmu un datu uzglabāšanas komponentus. Šaienne spēj veikt 5, 34 kvadriljonus aprēķinu sekundē (5, 34 petaflops vai peldošā komata operāciju sekundē).

Jaunās sistēmas maksimālais aprēķina ātrums ir vairāk nekā 3 miljardi aprēķinu sekundē par katru patērēto enerģijas vatu. Tas ir trīs reizes efektīvāks nekā Yellowstone superdators, kas ir arī ļoti efektīva.

Šajennes datu glabāšanas sistēma nodrošina sākotnējo ietilpību 20 petabytes, paplašināma līdz 40 petabytes ar papildu piedziņu. Jaunā DDN sistēma arī pārsūta datus ar ātrumu 220 gigabaiti sekundē, kas ir vairāk nekā divas reizes ātrāk nekā iepriekšējā faila sistēmas likme 90 gigabaitu sekundē.

"Cheyenne" ir jaunākā ilgstošā un veiksmīgā superkompiuteru vēsture, ko atbalsta NSF un NCAR, lai veicinātu atmosfēras un saistītās zinātnes.

"Mēs priecājamies nodrošināt pētniecības kopienai lielāku superdatoru jaudu, " teica Anke Kamrath, NCAR skaitļošanas un informācijas sistēmu laboratorijas (CISL) pagaidu direktors, kas pārrauga darbību NWSC. "Zinātniekiem ir pieejams arvien lielāks datu apjoms par mūsu planētu. NWSC uzlabotās iespējas ļaus tām risināt problēmas, kas agrāk nebija pieejamas, un iegūt rezultātus daudz ātrāk nekā jebkad agrāk. "

Detalizētākas prognozes

Augstas veiktspējas datori, piemēram, Šajenne, ļauj pētniekiem izmantot aizvien detalizētākus modeļus, kas simulē sarežģītus notikumus un prognozē, kā tie nākotnē varētu rasties. Ar lielāku superdatoru jaudu zinātnieki var iegūt papildu procesus, palaist savus modeļus ar augstāku izšķirtspēju un vadīt modeļu virkni, kas nodrošina pilnīgāku priekšstatu par to pašu laika periodu.

"Nākamās paaudzes superdatora nodrošināšana ir ļoti svarīga, lai labāk izprastu Zemes sistēmu, kas ietekmē mūs visus, " sacīja NCAR direktors Džeimss V. Hurrels. "Mēs priecājamies, ka šis spēcīgais resurss tagad ir pieejams nacionālajiem zinātniekiem, un mēs ceram uz jauniem atklājumiem klimata, laika apstākļu, kosmosa laika apstākļos, atjaunojamās enerģijas jomā un citās svarīgās pētniecības jomās."

Daži no sākotnējiem projektiem Šaiennē ietver:

Ilgtermiņa, sezonas un desmitgades prognoze: vairāki pētījumi, ko vadīja Džordža Masona universitāte, Miami universitāte, un NCAR mērķis ir uzlabot laika apstākļu prognožu mēnesi vai gadus iepriekš. Pētnieki izmantos Šaiennes spējas, lai radītu visaptverošākas smalkāko procesu procesu simulācijas okeānā, atmosfērā un jūras ledus. Šis pētījums palīdzēs zinātniekiem precizēt datoru modeļus, lai uzlabotu ilgtermiņa prognozes, tostarp to, kā ik gadu pārmaiņas Arktikas jūras ledus apjomā var ietekmēt ārkārtēju laika apstākļu iespējamību tūkstošiem jūdžu attālumā.

Vēja enerģija. Projektējot elektroenerģijas izlaidi vēja parkā, tā ir ārkārtīgi sarežģīta, jo tā paredz prognozēt mainīgos putekļus un sarežģītus vēja virzienus turbīnu augstumā, kas ir simtiem pēdas virs sensoru, ko izmanto laika prognozēšanai. Vjomingas universitātes pētnieki izmantos Šaienni, lai simulētu vēja apstākļus dažādos mērogos, no kontinenta līdz pat tiny vietai pie vēja turbīnas lāpstiņas, kā arī vibrācijas atsevišķā turbīnā. Turklāt NCAR vadīts projekts radīs augstas izšķirtspējas, 3-D simulāciju vertikālo un horizontālo projektu, lai sniegtu vairāk informācijas par vējiem pār sarežģītu reljefu. Šāda veida pētījumi ir kritiski svarīgi, jo komunālie uzņēmumi cenšas panākt, lai vēja parki būtu pēc iespējas efektīvāki.

Kosmosa laiks: Zinātnieki strādā, lai labāk izprastu saules traucējumus, kas kavē Zemes atmosfēru un apdraud satelītu, sakaru un elektrotīklu darbību. Jaunie projekti, kurus vada Delavēras Universitāte un NCAR, izmanto Cheyenne, lai iegūtu plašāku ieskatu par to, kā saules aktivitāte izraisa kaitējumu ģeomagnētiskām vētrām. Zinātnieki plāno izstrādāt detalizētus simulācijas par magnētiskā lauka parādīšanos no Saules zemūdens tās atmosfērā, kā arī iegūstot trīsdimensionālu redzi par plazmas turbulenci un magnētisko atkārtotu savienojumu telpā, kas izraisa plazmas uzkarsēšanu.

Ekstremālie laika apstākļi. Viens no vadošajiem jautājumiem par klimata pārmaiņām ir tas, kā tas varētu ietekmēt lielo vētru un cita veida nopietnu laika apstākļu biežumu un nopietnību. NCAR vadītais projekts izpētīs, kā klimats mijiedarbojas ar zemes virsmu un hidroloģiju Amerikas Savienotajās Valstīs, kā arī par to, kā sagaidāms, ka ārkārtēji laika apstākļi nākotnē mainīsies. Tā izmantos uzlabotas modelēšanas pieejas ar augstu izšķirtspēju (līdz dažām jūdzēm), tādā veidā, kas var palīdzēt zinātniekiem konfigurēt nākotnes klimata modeļus, lai labāk simulētu ārkārtējos notikumus.

Klimata inženierija. Lai novērstu siltumnīcefekta siltumnīcefekta gāzu radītās sekas, daži eksperti ir ierosinājuši planētas mākslīgu dzesēšanu, injicējot sulfātus stratosfērā, kas varētu atdarināt galvenā vulkāna izvirduma sekas. Bet, ja sabiedrība kādreiz centās iesaistīties šādā klimata inženierijā vai ģeoinženierijā, rezultāti varētu negatīvi ietekmēt pasaules klimatu. NCAR vadīts projekts izmanto Šaiennes skaitļošanas jaudu, lai vadītu klimata inženierijas simulāciju ansambli, lai parādītu, kā hipotētiskas sulfāta injekcijas varētu ietekmēt reģionālās temperatūras un nokrišņu daudzumu.

Smēķēšana un globālais klimats . Vjomingas universitātes pētījumā tiks aplūkotas ugunsgrēku emisijas un to ietekme uz strakonu mākoņiem, kas atrodas Atlantijas okeāna dienvidaustrumu daļā. Šis pētījums ir nepieciešams, lai labāk izprastu globālo klimata sistēmu, jo strakonu mākoņi, kas aptver 23 procentus no Zemes virsmas, spēlē galveno lomu, atstājot saules gaismu kosmosā. Šis darbs palīdzēs atklāt, cik lielā mērā daļiņas, ko emitē biomasas dedzināšanas laikā, ietekmē mākoņa procesus tādos veidos, kas ietekmē globālo temperatūru.