IT号外：用高性能计算探索未知世界

    引言：

    高性能计算（HPC）给人的感觉就像它的名字一样，有点高处不胜寒的感觉。以往，有机会接触这项技术的人都是少之又少，因此公众对它的了解也非常有限，不过，伴随着日前中国首台千万亿次高性能计算机——“天河一号”的发布，以及各大媒体对这条消息的热烈评论，高性能计算也开始渐渐引起了人们的兴趣。

    还记得传说中打败卡斯帕罗夫的那台“深蓝”电脑吗？它就是一台装载有32个并行处理器的高性能计算机，每秒能分析2亿步棋! 这只是一个我们能看见的高性能计算的例子，还有许许多多我们看不见的高性能计算，其实早已渗透到了我们日常生活的方方面面。例如有车一族须臾不可离的汽油，其原料——石油的勘探在今天就必须借助高性能计算机来进行地震波计算、分析，并在此基础上进行油藏模拟，从而达到精准定位的效果；又如越来越准确的天气预报，也是气象学家们利用高性能计算机对海量气象资料进行科学处理、分析后得出的；再如生物学研究领域的基因比对，制造行业的高精尖产品开发和模拟测试，乃至目前热门网络游戏的研发和运营，其背后都离不开高性能计算的鼎力支持。

    高性能计算技术的应用价值如此之大，以至于它事实上已成为当今各专业领域开展尖端科研的基石，并能从侧面反映一个国家科研创新的实力，以及决定全球科技竞争的格局，因此它也成为了各国争夺的科技战略制高点。而随着x86处理器的性能的持续快速提升，集群技术的日益成熟以及Infiniband集群互联技术等周边技术的成熟，高性能计算已经不再是国外厂商的自留地，中国的高性能技术近年来也取得了迅速的发展。

    高性能计算——视探索未知世界为已任

    南京大学地球科学与工程学院教授、江苏省高性能计算专业委员会主任周会群教授就是一个高性能计算的倡导者。未知世界到底什么样，哪些问题又是人类面临的重大问题？在他看来，从地球内部的构造、地震产生的原因，到新型材料的微观结构、新型药物的研发，这些都是需要人类率先解决的重大问题，只有搞清楚了它们，才能进一步探索未知世界。解决上述这些问题，往往需要依赖于理论和实验。即通过理论科学来提出关于自然现象的假说，再归纳总结出物理模型和数学模型。而实验科学则用来验证现成的理论假说，提供新的实验事实，以修正理论。

    高性能计算，则正是周会群教授用来探索未知的那只“魔杖”，现在的研究人员完全有条件利用它来进行实验室里面不可能复现的一些实验，比如地球科学领域的一些实验。众所周知，探测地球内部非常困难，即便是打超深钻井，其深度还不及大陆地壳的三分之一，地球深部物质的性质无法用直接观察和测试来确定。地球内部不但是超高温、超高压的极端环境，而且具有复杂的物质成分、结构与性质，多数地球规模的、以及地球内部的现象无法用实验来复现。但是高性能计算技术的兴起，对地球科学的部分领域提供了一个革命性的契机。

    特别是近年来处理器性能的大幅度提升，使得科研人员有可能通过基于量子力学理论的计算模拟，从物质的微观性质做起，逐步了解地下这些物质在高温、高压状况下究竟会产生什么样的变化。以往，人们对于地球内部结构和成分的认识，很大一部分是通过对天然地震波进行分析并加以推断得到的。现在我们完全可以更多地依赖计算，通过在高性能计算机上的模拟实验来了解地球内部的结构和成分。