Znanost o turbopolnjenju: Superračunalnik troši znanstvene zmogljivosti z večjo učinkovitostjo

Na Rubu Znanosti - Jacob Liberman, Znanost o svjetlosti 1.dio (Junij 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Nacionalni center za raziskave na področju atmosfere (NCAR) letos začne z delovanjem enega najmočnejših in energetsko učinkovitih superračunalnikov na svetu, ki državi zagotavlja novo orodje za boljše razumevanje atmosferskih in s tem povezanih znanosti o zemeljskem sistemu.

Namenjen Cheyenne, je 5, 34-petaflopni sistem zmožen več kot trikratno količino znanstvenega računanja, ki ga je izvedel predhodni superračunalnik NCAR, Yellowstone. Prav tako je trikrat bolj energetsko učinkovita.

Za namene dodeljenih sredstev Cheyenna lahko manjša zahteva za dodelitev zahteva, da je eno jedro Yellowstone-ja enakovredno 0.82 Cheyenne core-hours. To pomeni, da ocenite svojo računsko potrebo, ki temelji na stroških Yellowstonea, in skupno skupno vrednost pomnožite z 0, 82, da boste prišli do ocene Cheyenne. Uporabniki, ki pričakujejo, da bodo v največji meri zahtevali večje zahteve, bi morali najprej zahtevati majhno dodelitev in opraviti merila uspešnosti za najbolj natančne ocene stroškov.

Znanstveniki po vsej državi bodo uporabljali Cheyenne za preučevanje pojavov, ki segajo od požara in seizmične dejavnosti do sunkov, ki ustvarjajo moč na vetrnih elektrarnah. Njihove ugotovitve bodo postavile temelje za boljšo zaščito družbe pred naravnimi nesrečami, pripeljale do podrobnejših napovedi sezonskih in dolgoročnih vremenskih in podnebnih spremenljivosti ter sprememb ter izboljšale napovedi vremena in vode, ki jih gospodarski sektorji potrebujejo od kmetijstva in energije do prevoza in turizem.

"Cheyenne nam bo pomagalo izboljšati znanje, potrebno za reševanje življenj, zaščito premoženja in omogočanje podjetjem v ZDA, da se bolje konkurirajo na svetovnem trgu, " je dejal Antonio J. Busalacchi, predsednik univerzitetne korporacije za atmosferske raziskave. "Ta sistem je turbo polnjenje naše znanosti."

UCAR upravlja NCAR v imenu Nacionalne znanstvene fundacije (NSF).

Cheyenne trenutno uvršča med najhitrejši najhitrejši superračunalnik na svetu in najhitreje na planinskem zahodu, čeprav se takšne uvrstitve spremenijo, ko začnejo delovati novi in ​​močnejši stroji. Financira ga NSF in država Wyoming s sredstvi na Univerzi v Wyomingu.

Cheyenne je nameščena v NCAR-Wyoming Supercomputing Centru (NWSC), eni od premiernih vrhunskih računalniških naprav za raziskave. Odkar je bil leta 2012 ustanovljen Nacionalni svet za varnost in zdravje pri delu, je več kot 2.200 znanstvenikov iz več kot 300 univerz in zveznih laboratorijev izkoristilo svoje vire.

"S svojim delom na NWSC smo bolje razumeli pomembne procese, kot so površinska in podzemna hidrologija, fizika pretoka v rezervoarju in sprememba vremenskih razmer in padavin, " je povedal William Gern, podpredsednik za raziskave in gospodarski razvoj na Univerza v Wyomingu. "Pomembno je, da uvajamo šolske študente Wyominga na pomen in moč računalništva."

NWSC se nahaja v Cheyenneju in ime novega sistema je bilo izbrano v čast podpori, ki jo je center prejela od ljudi tega mesta. Ime se prav tako spominja na prihajajočo 150. obletnico mesta, ki je bila ustanovljena leta 1867 in je bila imenovana za ameriško indijsko državo Cheyenne.

Povečana moč, večja učinkovitost

Cheyenne je zgradil podjetje Silicon Graphics International ali SGI (zdaj del Hewlett Packard Enterprise Co.) z DataDirect Networks (DDN), ki zagotavljajo centralizirani datotečni sistem in komponente za shranjevanje podatkov. Cheyenne ima 5, 34 kvadrillion računov na sekundo (5, 34 petaflops ali operacije s plavajočo vejico na sekundo).

Novi sistem ima največjo računsko stopnjo več kot 3 milijarde izračunov na sekundo za vsako vat porabljene energije. To je trikrat bolj energetsko učinkovito kot Yellowstone superračunalnik, ki je tudi zelo učinkovit.

Sistem za shranjevanje podatkov za Cheyenne zagotavlja začetno zmogljivost 20 petabajtov, ki se lahko razširijo na 40 petabajtov z dodatkom dodatnih pogonov. Novi sistem DDN tudi prenaša podatke s hitrostjo 220 gigabajtov na sekundo, kar je več kot dvakrat hitrejše kot hitrost prejšnjega datotečnega sistema 90 gigabajtov na sekundo.

Cheyenne je najnovejši v dolgi in uspešni zgodovini superračunalnikov, ki jih NSF in NCAR podpirata za napredek v atmosferi in sorodnih znanostih.

"Veseli smo, da raziskovalcu zagotovimo večjo superračunalniško moč, " je povedala Anke Kamrath, začasni direktor NCAR-ovog Laboratorija za računalniške in informacijske sisteme (CISL), ki nadzoruje delovanje na NWSC. "Znanstveniki imajo dostop do vedno večjih količin podatkov o našem planetu. Izboljšane zmogljivosti vodilnega centra za vodenje prometa bodo jim omogočile, da se spopadajo s težavami, ki so bile nedosegljive in dosegle rezultate na veliko hitrejši kot kdajkoli prej. "

Podrobnejše napovedi

Visoko zmogljivi računalniki, kot je Cheyenne, omogočajo raziskovalcem, da vodijo vse bolj podrobne modele, ki simulirajo kompleksne dogodke in napovedujejo, kako se bodo lahko razvili v prihodnosti. Z večjo močjo superračunalnika lahko znanstveniki zajemajo dodatne procese, vodijo svoje modele v višji ločljivosti in vodijo ansambel modeliranja, ki zagotavljajo popolnejšo sliko istega časovnega obdobja.

"Zagotavljanje naslednje generacije superračunalnikov je ključnega pomena za boljše razumevanje zemeljskega sistema, ki vpliva na vse nas, " je dejal direktor NCAR James W. Hurrell. "Veseli nas, da je ta močan vir zdaj na voljo znanstvenikom v državi in ​​veselimo se novih odkritij v podnebju, vremenu, vesoljskem vremenu, obnovljivi energiji in drugim kritičnim področjem raziskav."

Nekateri začetni projekti v Cheyenne vključujejo:

Dolgoročno, sezonsko do dekadno napovedovanje: Več študij, ki jih vodita univerza George Mason, Univerza v Miamiju in NCAR, si prizadevata za izboljšanje napovedovanja vremenskih vzorcev mesecev vnaprej. Raziskovalci bodo uporabljali zmogljivosti podjetja Cheyenne, da bi ustvarili bolj celovite simulacije finih postopkov v oceanu, ozračju in morskem ledu. Ta raziskava bo znanstvenikom omogočila izboljšanje računalniških modelov za izboljšanje dolgoročnih napovedi, vključno s tem, kako lahko medletne spremembe v obsegu arktičnega morskega ledu vplivajo na verjetnost ekstremnih vremenskih dogodkov na tisoče kilometrov proč.

Vetrna energija: Projektiranje električne energije na vetrni elektrarni je izjemno zahtevno, saj vključuje napovedovanje variabilnih sunkov in zapletenih vetrovnih vrtin na višini turbin, ki so stotine metrov nad senzorji, ki se uporabljajo za vremensko napovedovanje. Raziskovalci Univerze v Wyomingu bodo Cheyenne uporabili za simulacijo vetrnih razmer na različnih ravneh, od celine do majhnega prostora blizu vetrne turbine, kakor tudi vibracij znotraj posamezne turbine. Poleg tega bo projekt, ki ga vodi NCAR, ustvaril tri-d simulacije vertikalnih in vodoravnih osnutkov z visoko ločljivostjo, da bi zagotovil več informacij o vetru na zapletenem terenu. Ta vrsta raziskav je ključnega pomena, saj želijo gospodarske vetrne elektrarne čim učinkoviteje.

Vesoljsko vreme: Znanstveniki se trudijo, da bolje razumejo sončne motnje, ki povzročajo blaženje Zemljinega ozračja in ogrožajo delovanje satelitov, komunikacij in električnih omrežij. Novi projekti, ki jih vodita Univerza v Delawarju in NCAR, uporabljajo Cheyenne, da pridobijo večji vpogled v to, kako sončna dejavnost vodi do škodljivih geomagnetnih neviht. Znanstveniki nameravajo razviti podrobne simulacije nastanka magnetnega polja iz podmorja Sunca v njeno atmosfero ter pridobiti tridimenzionalni pogled na plazemsko turbulenco in magnetno ponovno povezavo v vesolju, ki vodijo do segrevanja plazme.

Ekstremno vreme: eno od vodilnih vprašanj o podnebnih spremembah je, kako lahko vpliva na pogostost in resnost večjih neviht in drugih vrst hudih vremenskih razmer. Projekt, ki ga vodi NCAR, bo preučil, kako podnebje vpliva na površino zemlje in hidrologijo v Združenih državah in kako se lahko v prihodnosti pričakujejo spremembe v ekstremnih vremenskih razmerah. Uporabil bo napredne pristope modeliranja pri visoki ločljivosti (do nekaj kilometrov) na načine, ki bi znanstvenikom lahko pomagali pri konfiguraciji prihodnjih klimatskih modelov za boljše simuliranje ekstremnih dogodkov.

Podnebni inženiring: Nekateri strokovnjaki so se v boju proti posledicam segrevanja toplogrednih plinov umaknili sulfatne snovi v stratosfero, kar bi posnemalo učinke velikega vulkanskega izbruha. Toda če bi družba kdaj poskusila sodelovati s takim podnebnim inženiringom ali geoinženjeringom, bi lahko rezultati spremenili svetovno podnebje na nenamerne načine. Projekt, ki ga vodi NCAR, uporablja računalniško moč Cheyenneja za vodenje ansambla simulacij podnebnih inženiringov, da bi pokazal, kako lahko hipotetične injekcije sulfata vplivajo na regionalne temperature in padavine.

Dim in globalno podnebje: Študija, ki jo vodi Univerza v Wyomingu, bo raziskala emisije iz gozdnih požarov in kako vplivajo na stratokumulacijske oblake nad jugovzhodnim Atlantskim oceanom. Te raziskave so potrebne za boljše razumevanje globalnega podnebnega sistema, saj imajo stratokumulacijski oblaki, ki pokrivajo 23 odstotkov površine Zemlje, ključno vlogo pri odražanju sončne svetlobe nazaj v vesolje. Delo bo pomagalo razkriti, v kakšnem obsegu delci, ki se oddajajo med sežiganjem biomase, vplivajo na procese v oblaku na način, ki vpliva na globalne temperature.