Ce que les ordinateurs hautes performances peuvent faire

Ce que vous pouvez faire : 1. Simulation numérique des neutrinos cosmiques et de la matière noire pour révéler le processus d'évolution de l'univers ; ou vous pouvez également simuler le processus temporel et accélérer le processus de simulation pour mener des expériences de modélisation et théoriques sur l'évolution des objets célestes. corps. 2. Établir un modèle mathématique des explosions nucléaires, comprendre en profondeur les principes des explosions nucléaires et servir au développement d'une nouvelle génération d'armes nucléaires ; ou prédire quand les armes nucléaires tomberont en panne et quelles pièces doivent être remplacées. 3. Simulez et observez avec précision le mouvement des nuages pour réaliser une simulation climatique et des prévisions météorologiques. 4. Simuler des tremblements de terre pour aider les humains à explorer les méthodes de prévision des tremblements de terre, atténuant ainsi les risques liés aux tremblements de terre.

L'environnement d'exploitation de ce tutoriel : système Windows 7, ordinateur Dell G3.

Les ordinateurs hautes performances (HPC, également connus sous le nom de superordinateurs) sont principalement utilisés pour résoudre des problèmes difficiles qui ne peuvent pas être résolus par d'autres ordinateurs. Ils font généralement référence à un type d'ordinateur doté d'une vitesse de calcul extrêmement rapide, d'une capacité de stockage énorme et extrêmement élevée. bande passante de communication. Le calcul haute performance est considéré comme la « couronne » de l'informatique et de l'ingénierie, et les pays ont fréquemment lancé des plans de recherche et développement au niveau national ces dernières années.

Les ordinateurs hautes performances sont des ordinateurs dotés des fonctions les plus puissantes, de la vitesse de calcul la plus rapide et de la plus grande capacité de stockage. Ils sont principalement utilisés dans les domaines nationaux de haute technologie et dans la recherche technologique de pointe. Ils reflètent la force de la recherche scientifique d'un pays. et avoir un grand impact sur la sécurité nationale, l'économie et le développement social sont d'une grande importance. C'est un symbole important du niveau de développement scientifique et technologique du pays et de sa force nationale globale.

Les ordinateurs hautes performances sont des ordinateurs capables d'effectuer de grandes quantités de données et des opérations à grande vitesse que les ordinateurs personnels ordinaires ne peuvent pas gérer. Ses composants de base ne sont pas très différents du concept d’un ordinateur personnel, mais ses spécifications et ses performances sont beaucoup plus puissantes. Il s’agit d’un très grand ordinateur électronique. Il possède de fortes capacités de calcul et de traitement des données. Ses principales caractéristiques sont une vitesse élevée et une grande capacité. Il est équipé d'une variété de périphériques externes et de systèmes logiciels riches et hautement fonctionnels. La plupart des supercalculateurs existants peuvent fonctionner à une vitesse supérieure à un tera fois par seconde.

En tant qu'élément de développement de haute technologie, les ordinateurs hautes performances sont depuis longtemps devenus un outil compétitif pour l'économie et la défense nationale des pays du monde entier. Après des décennies d'efforts inlassables de la part des travailleurs scientifiques et technologiques chinois, le niveau de développement d'ordinateurs de haute performance de la Chine s'est considérablement amélioré, devenant ainsi le troisième plus grand pays de développement et de production d'ordinateurs de haute performance après les États-Unis et le Japon. La Chine possède actuellement 22 superordinateurs (19 en Chine continentale, 1 à Hong Kong et 2 à Taiwan), ce qui la place au deuxième rang mondial en termes de propriété et de vitesse de calcul. il est également de plus en plus utilisé dans l’industrie, la recherche scientifique et les domaines académiques. Cependant, en termes de domaine d'application des ordinateurs hautes performances, il existe encore un grand écart entre la Chine et les pays développés comme les États-Unis et l'Allemagne. Le développement d'ordinateurs chinois de haute performance et de leurs applications constitue une base solide et une garantie pour que la Chine devienne une puissance technologique.

L'utilisation d'ordinateurs performants

1. Révéler le processus d'évolution de l'univers

L'équipe internationale de simulation numérique des neutrinos cosmiques dirigée par des scientifiques chinois, sur le "Tianhe- Système de supercalculateur 2" A complété avec succès la simulation numérique de 30 000 milliards de particules sur les neutrinos cosmiques et la matière noire, révélant le processus d'évolution de l'univers de 13,7 milliards d'années depuis le Big Bang 16 millions d'années plus tard. Les neutrinos sont l’un des types de particules les plus fondamentaux dans la nature. Ils n'ont aucune charge et agissent très rapidement. Actuellement, la masse absolue des neutrinos ne peut être mesurée par des expériences physiques et des observations cosmologiques. Les neutrinos pourraient inhiber la formation de galaxies et de structures à grande échelle dans l'univers primitif. Ces dernières peuvent être indirectement mesurées grâce à des simulations numériques cosmologiques à grande échelle pour obtenir des informations sur la masse des neutrinos. De telles simulations numériques cosmologiques à grande échelle doivent s’appuyer sur des superordinateurs dotés de puissantes capacités de calcul et de stockage.

Il est également possible de simuler le processus temporel et d'accélérer le processus de simulation pour réaliser des modélisations et des expériences théoriques sur l'évolution des corps célestes.

2. Essai nucléaire simulé

Les 500 meilleurs supercalculateurs sont Titan et Sequoia aux États-Unis. Ils sont affiliés au Département américain de l'énergie, au Laboratoire national d'Oak Ridge et au Laboratoire national Lawrence Livermore. Les applications de calcul intensif qui en découlent impliquent le développement et le maintien de la sécurité des armes nucléaires. Sur la base des données de 1 054 essais nucléaires américains effectués entre 1945 et 1992, un superordinateur a été utilisé pour établir un modèle mathématique des explosions nucléaires, qui a permis une compréhension approfondie des principes des explosions nucléaires et a servi au développement d'une nouvelle génération d'armes nucléaires ; un grand nombre d’armes nucléaires approchent de la fin de leur durée de vie, les simulations sur superordinateurs peuvent être utilisées pour prédire quand elles tomberont en panne et quelles pièces devront être remplacées.

3. Simulation climatique et prévisions météorologiques

Cette application de calcul intensif a remporté le prix China Gordon Bell et s'appelle « Global Non-Static Cloud Resolution Simulation ». Le projet est orienté vers la recherche climatique et météorologique. Les prévisions météorologiques nécessitent le traitement, le stockage, l’interrogation, l’analyse et les statistiques en temps réel de données météorologiques massives. Il faudrait des centaines d’années pour calculer avec un ordinateur ordinaire. Par exemple, les précipitations sont étroitement liées au mouvement des nuages. Les mouvements des nuages peuvent être simulés et observés avec précision à l’aide de superordinateurs. À mesure que la vitesse de calcul des supercalculateurs augmente, la précision des observations continue de diminuer. Si nous pouvions « étiqueter » chaque nuage à l’avenir, les prévisions météorologiques seraient parfaites.

4. Simulation de tremblement de terre

Les superordinateurs peuvent simuler des tremblements de terre. Il simule le mouvement de la croûte en calculant les changements de contraintes dans différentes strates. Par exemple, des scientifiques chinois et allemands ont utilisé Tianhe-2 pour simuler la propagation réelle des ondes sismiques et ont reproduit le processus de propagation des ondes sismiques Rand du tremblement de terre de Rand de 1992 en Californie, aux États-Unis, offrant ainsi une nouvelle façon d'étudier le mécanisme de génération et de propagation des ondes sismiques et prévision des tremblements de terre.

La simulation des tremblements de terre peut aider les humains à explorer les méthodes de prévision des tremblements de terre, atténuant ainsi les risques liés aux tremblements de terre.

5. Exploration pétrolière

Les superordinateurs peuvent également calculer où les puits de pétrole doivent être forés. À l’heure actuelle, l’exploration sismique constitue un moyen important d’explorer les ressources pétrolières et gazières avant le forage. La soi-disant exploration sismique consiste à utiliser la différence d'élasticité et la différence de densité des milieux souterrains pour observer et analyser la réponse de la Terre aux ondes sismiques artificiellement excitées, déduire la nature et la forme des strates souterraines et ainsi déterminer la répartition précise du pétrole et du gaz. . Ce processus nécessite un calcul intensif et une simulation de données massives, et les résultats des calculs doivent être convertis en images tridimensionnelles intuitives. Il doit donc être réalisé à l'aide d'ordinateurs hautes performances.

6. Prédiction des risques de tsunami

Des scientifiques japonais ont utilisé le superordinateur "Beijing" pour établir un modèle de simulation de tsunami et ont réussi à prédire les dégâts du tsunami après le tremblement de terre. Les résultats montrent qu'en cas de tremblement de terre dans la préfecture de Miyagi, la zone inondable de la ville de Sendai peut être prédite en 10 minutes. Si cette technologie est promue, elle améliorera la précision des alertes aux tsunamis et guidera les résidents pour évacuer plus efficacement. La simulation des catastrophes liées aux tsunamis nécessite beaucoup de temps et prend beaucoup de temps, ce qui rend difficile l'analyse des catastrophes en temps réel. Lors du séisme « 3.11 » au Japon, la hauteur prévue des vagues du tsunami était inférieure à la hauteur réelle.

7. Médecine de précision

La médecine de précision est un traitement médical et un traitement adapté à chaque personne. Ce n'est pas seulement un domaine médical, mais aussi étroitement lié à la puissance de calcul. Les différences génétiques déterminent les différences individuelles. Il y a 3 milliards de paires de bases dans le génome humain qui attendent que les scientifiques les analysent, en tenant compte d'informations telles que les habitudes de vie des personnes et leur environnement externe. Mais cela ne suffit pas. Nous aurions besoin de données génétiques provenant d'au moins des millions de personnes pour constituer une base de données afin de pouvoir analyser la relation entre les différences génétiques et divers problèmes de santé et ainsi « traiter » les gens. Tout cela nécessite une puissance de calcul importante pour être traité.

8. Développement de médicaments

Avec l'aide du supercalculateur "Beijing", les scientifiques ont réussi à développer de nouveaux médicaments anticancéreux. Les chercheurs ont concentré leurs recherches sur les protéines qui jouent un rôle important dans la prolifération des cellules cancéreuses et ont utilisé cette protéine spéciale comme une avancée majeure pour utiliser des simulations sur superordinateur afin de calculer des produits chimiques capables d'inhiber efficacement la prolifération des cellules cancéreuses. En général, calculer la liaison de cette protéine spécifique aux cellules cancéreuses à des médicaments potentiellement efficaces et son effet sur l’eau corporelle est extrêmement complexe, nécessitant des expériences de simulation précises à l’aide de superordinateurs.

9. Flux sanguin simulé

La longueur totale des vaisseaux sanguins humains est de 100 000 à 160 000 kilomètres. Sans superordinateurs, il serait presque impossible de simuler en temps réel la circulation du sang dans les vaisseaux sanguins. Des scientifiques américains ont réussi à reproduire l’intégralité du système artériel humain à l’aide d’un superordinateur. Toute artère de plus de 1 mm de diamètre apparaît dans le modèle 3D avec une résolution de 9 microns. Les scientifiques chinois utilisent également la « Lanterne du pouvoir divin Taihu » pour simuler et analyser le flux sanguin humain. Cela peut déterminer rapidement et efficacement si une personne présente un risque d'infarctus cérébral sans placer d'appareil de mesure dans le vaisseau sanguin. En plus de simuler le flux sanguin, les superordinateurs peuvent également modéliser le cœur, le cerveau et d’autres parties du corps.

10. Industrie des transports

Les superordinateurs peuvent être utilisés pour comprendre et améliorer l'aérodynamique, la consommation de carburant, la conception structurelle et la prévention des collisions de véhicules tels que les voitures, les avions ou les navires, et contribuer à améliorer le confort des passagers, à réduire le bruit, etc. , le tout avec des avantages économiques et sécuritaires potentiels.

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