고성능 컴퓨터가 할 수 있는 일

할 수 있는 일: 1. 우주 중성미자와 암흑 물질의 수치 시뮬레이션을 통해 우주의 진화 과정을 밝히거나 시간 과정을 시뮬레이션하고 시뮬레이션 과정을 가속화하여 천체 진화에 대한 모델링 및 이론적 실험을 수행할 수도 있습니다. 시체. 2. 핵폭발의 수학적 모델을 확립하고 핵폭발의 원리를 깊이 이해하며 차세대 핵무기 개발에 기여하거나 핵무기가 언제 실패하고 어떤 부품을 교체해야 하는지 예측합니다. 3. 기후 시뮬레이션 및 일기 예보를 달성하기 위해 구름 움직임을 정확하게 시뮬레이션하고 관찰합니다. 4. 인간이 지진 예측 방법을 탐색할 수 있도록 지진을 시뮬레이션하여 지진과 관련된 위험을 완화합니다.

이 튜토리얼의 운영 환경: Windows 7 시스템, Dell G3 컴퓨터.

고성능 컴퓨터(HPC, 슈퍼컴퓨터라고도 함)는 주로 다른 컴퓨터로는 해결할 수 없는 어려운 문제를 해결하는 데 사용됩니다. 일반적으로 컴퓨팅 속도가 매우 빠르고, 저장 용량이 크며, 매우 높은 컴퓨터 유형을 말합니다. 통신 대역폭. 고성능 컴퓨팅은 컴퓨터 과학 및 공학의 "왕관"으로 간주되며 최근 몇 년간 국가에서는 국가 차원의 연구 개발 계획을 자주 시작했습니다.

고성능 컴퓨터는 가장 강력한 기능, 가장 빠른 컴퓨팅 속도, 가장 큰 저장 용량을 갖춘 컴퓨터입니다. 이는 국가의 첨단 기술 분야와 첨단 기술 연구에 주로 사용됩니다. 국가 안보와 경제, 사회 발전에 큰 영향을 미칩니다. 이는 나라의 과학기술발전수준과 종합적인 국력을 보여주는 중요한 상징이다.

고성능 컴퓨터는 일반 개인용 컴퓨터가 처리할 수 없는 대용량 데이터와 고속 작업을 수행할 수 있는 컴퓨터입니다. 기본적인 구성요소는 개인용 컴퓨터의 개념과 크게 다르지 않지만, 사양과 성능은 훨씬 더 강력한 초대형 전자컴퓨터입니다. 강력한 컴퓨팅 및 데이터 처리 기능을 갖추고 있으며, 다양한 외부 및 주변 장치와 풍부한 고기능 소프트웨어 시스템을 갖추고 있습니다. 기존 슈퍼컴퓨터 대부분은 초당 1테라타임 이상의 속도로 동작할 수 있다.

하이테크 발전의 요소로서 고성능 컴퓨터는 오랫동안 세계 각국의 경제와 국방을 위한 경쟁력 있는 도구가 되었습니다. 중국 과학기술 인력의 수십 년 간의 끊임없는 노력 끝에 중국의 고성능 컴퓨터 연구 개발 수준은 크게 향상되어 미국과 일본에 이어 세 번째로 큰 고성능 컴퓨터 개발 및 생산국이 되었습니다. 중국은 현재 22개의 슈퍼컴퓨터(중국 본토 19개, 홍콩 1개, 대만 2개)를 보유하고 있으며, 슈퍼컴퓨터의 빠른 발전과 함께 보유량과 컴퓨팅 속도 측면에서 세계 2위를 차지하고 있다. 또한 산업, 과학 연구 및 학술 분야에서도 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 그러나 고성능 컴퓨터의 응용 분야에서는 중국과 미국, 독일 등 선진국 사이에 여전히 큰 격차가 있다. 중국의 고성능 컴퓨터와 그 응용의 발전은 중국이 기술강국이 될 수 있는 견고한 기반과 담보를 제공한다.

고성능 컴퓨터의 활용

1. 우주의 진화과정을 밝히다

중국 과학자들이 이끄는 우주 중성미자 수치 시뮬레이션 국제팀, '천하 2호' 슈퍼컴퓨터 시스템 30조 개의 입자로 구성된 우주 중성미자와 암흑물질의 수치 시뮬레이션을 성공적으로 완료해 1600만년 후 빅뱅 이후 137억년에 걸친 오랜 진화 과정을 밝혀냈다. 중성미자는 자연에서 가장 기본적인 유형의 입자 중 하나입니다. 그들은 무료이며 매우 빠르게 행동합니다. 현재 중성미자의 절대 질량은 물리적 실험이나 우주관측을 통해 측정할 수 없습니다. 중성미자는 초기 우주에서 은하계와 대규모 구조의 형성을 억제할 수 있습니다. 후자는 중성미자 질량 정보를 얻기 위해 대규모 우주 수치 시뮬레이션을 통해 간접적으로 측정할 수 있습니다. 이러한 대규모 우주 수치 시뮬레이션은 강력한 컴퓨팅 및 저장 기능을 갖춘 슈퍼컴퓨터에 의존해야 합니다.

시간 과정을 시뮬레이션하고 시뮬레이션 과정을 가속화하여 천체의 진화를 모델링하고 이론적으로 실험할 수도 있습니다.

2. 모의 핵실험

톱 500 슈퍼컴퓨터는 미국의 타이탄과 세쿼이아입니다. 그들은 오크리지 국립연구소와 로렌스 리버모어 국립연구소의 미국 에너지부와 제휴하고 있습니다. 이를 기반으로 한 슈퍼컴퓨팅 애플리케이션에는 핵무기 개발 및 보안 유지가 포함됩니다. 1945년부터 1992년까지 미국에서 실시된 1,054건의 핵실험 데이터를 바탕으로 슈퍼컴퓨터를 사용하여 핵폭발의 수학적 모델을 확립했으며, 이는 핵폭발의 원리에 대한 깊은 이해를 제공하고 차세대 핵무기 개발에 도움이 되었습니다. 다수의 핵무기가 수명이 다해가는 상황에서 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션을 사용하면 핵무기가 언제 고장날지, 어떤 부품을 교체해야 할지 예측할 수 있습니다.

3. 기후 시뮬레이션 및 일기예보

이 슈퍼컴퓨팅 애플리케이션은 중국 고든 벨 상을 수상했으며 "글로벌 비정적 클라우드 해상도 시뮬레이션"이라고 불립니다. 이 프로젝트는 기후 및 기상 연구에 중점을 두고 있습니다. 일기예보는 대규모 기상 데이터의 실시간 처리, 저장, 쿼리, 분석, 통계가 필요합니다. 일반 컴퓨터로 계산하려면 수백년이 걸릴 것이다. 예를 들어, 강수량은 구름의 움직임과 밀접한 관련이 있습니다. 슈퍼컴퓨터를 사용하면 구름의 움직임을 정확하게 시뮬레이션하고 관찰할 수 있습니다. 슈퍼컴퓨터의 연산 속도가 빨라지면서 관측의 정확도는 계속해서 떨어지고 있다. 미래의 모든 구름에 "태그"를 붙일 수 있다면 일기 예보는 괜찮을 것입니다.

4. 지진 시뮬레이션

슈퍼컴퓨터는 지진을 시뮬레이션할 수 있습니다. 다양한 지층의 응력 변화를 계산하여 지각 운동을 시뮬레이션합니다. 예를 들어 중국과 독일 과학자들은 Tianhe-2를 사용하여 실제 지진파 전파를 시뮬레이션하고 1992년 미국 캘리포니아 랜드 지진의 랜드 지진파 전파 과정을 재현하여 지진파의 생성 및 전파 메커니즘을 연구하는 새로운 방법을 제공했습니다. 지진 예측.

지진 시뮬레이션은 인간이 지진 예측 방법을 탐색하는 데 도움이 되어 지진과 관련된 위험을 완화할 수 있습니다.

5. 석유 탐사

슈퍼컴퓨터는 유정을 뚫어야 할 위치도 계산할 수 있습니다. 현재 지진 탐사는 시추 전에 석유 및 가스 자원을 탐사하는 중요한 수단입니다. 소위 지진탐사는 지하매질의 탄성차와 밀도차를 이용하여 인위적으로 여기된 지진파에 대한 지구의 반응을 관찰, 분석하고, 지하층의 성질과 형태를 유추하여 석유와 가스의 정확한 분포를 알아내는 것이다. . 이 과정에는 대용량 데이터에 대한 집중적인 계산과 시뮬레이션이 필요하며, 계산 결과를 직관적인 3차원 이미지로 변환해야 하므로 고성능 컴퓨터의 도움을 받아야 합니다.

6. 쓰나미 위험 예측

일본 과학자들이 슈퍼컴퓨터 '베이징'을 사용해 쓰나미 시뮬레이션 모델을 구축하고 지진 후 쓰나미 피해를 성공적으로 예측했습니다. 그 결과, 미야기현에서 지진이 발생하면 센다이시의 홍수 면적을 10분 이내에 예측할 수 있는 것으로 나타났습니다. 이 기술이 추진되면 쓰나미 경보의 정확도가 향상되고 주민들의 대피를 더욱 효과적으로 유도할 수 있을 것이다. 쓰나미 재해 시뮬레이션은 시간이 많이 걸리고 시간이 오래 걸려 실시간 재해 분석이 어렵다. 일본 '3.11' 지진 당시 예상 쓰나미 파고는 실제 높이보다 낮았다.

7. 정밀의학

정밀의학은 개인별 맞춤 진료 및 치료 분야일 뿐만 아니라 컴퓨팅 파워와도 밀접한 관련이 있습니다. 유전적 차이가 개인차를 결정합니다. 사람의 게놈에는 과학자들이 사람들의 생활 습관, 외부 환경과 같은 정보를 고려하여 분석하기를 기다리는 30억 개의 염기쌍이 있습니다. 그러나 이것만으로는 충분하지 않습니다. 유전적 차이와 다양한 건강 문제 사이의 관계를 분석하여 사람들을 "치료"할 수 있도록 데이터베이스를 구축하려면 최소한 수백만 명의 유전 데이터가 필요합니다. 이 모든 작업을 처리하려면 상당한 컴퓨팅 성능이 필요합니다.

8. 신약 개발

슈퍼컴퓨터 '베이징'의 도움으로 과학자들이 새로운 항암제 개발에 성공했습니다. 연구진은 암세포 증식에 ​​중요한 역할을 하는 단백질에 대한 연구에 집중했으며, 이 특수 단백질을 돌파구로 활용해 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션을 활용해 암세포 증식을 효과적으로 억제할 수 있는 화학물질을 계산했습니다. 일반적으로 이 암세포 특이적 단백질과 잠재적으로 효과적인 약물의 결합 및 이것이 체수분에 미치는 영향을 계산하는 것은 매우 복잡하므로 슈퍼컴퓨터의 도움을 받아 정밀한 시뮬레이션 실험이 필요합니다.

9. 시뮬레이션된 혈류

인간 혈관의 총 길이는 100,000~160,000km입니다. 슈퍼컴퓨터 없이는 혈관 내 혈액의 흐름을 실시간으로 시뮬레이션하는 것이 거의 불가능합니다. 미국 과학자들이 슈퍼컴퓨터를 사용하여 전체 인간 동맥 시스템을 성공적으로 복제했습니다. 직경이 1mm보다 큰 모든 동맥은 9미크론의 해상도로 3D 모델에 나타납니다. 중국 과학자들은 또한 인간의 혈류를 시뮬레이션하고 분석하기 위해 "Taihu Divine Power Lantern"을 사용하고 있습니다. 이를 통해 혈관에 측정기를 넣지 않고도 뇌경색 위험 여부를 신속하고 효과적으로 판단할 수 있다. 슈퍼컴퓨터는 혈류를 시뮬레이션하는 것 외에도 심장, 뇌 및 신체의 다른 부분도 모델링할 수 있습니다.

10. 운송 산업

슈퍼컴퓨터는 자동차, 비행기, 선박과 같은 차량의 공기 역학, 연료 소비, 구조 설계 및 충돌 방지를 이해하고 개선하는 데 사용될 수 있으며 승객의 편안함을 개선하고 소음을 줄이는 데 도움이 됩니다. , 모두 잠재적인 경제적, 보안적 이점을 가지고 있습니다.

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