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美国核武库超算打破世界纪录:两分钟创建万亿文件

7月24日消息,据国外媒体报道,日前,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的Trinity超级计算机再次打破了世界纪录,其利用新的算法在两分钟内创建了一万亿个文件。

在解决棘手问题方面,布拉德·赛特迈尔(Brad Settlemyer)拥有一个超级计算机解决方案。赛特迈尔是美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的一名研究科学家,主要负责名为Trinity的超级计算机,这台机器在互联网中的处理速度可以排到前十位。Trinity超级计算机主要工作是确保美国核武器储备在需要的时候开始运转,而不是在不应该需要的时候运行。

不过,超级计算机并没有将其所有的数字资源都用于库存管理。在核停工期间,它也进行基础研究。

赛特迈尔希望扩大机器的科学研究范围。因此,他开始寻找Trinity目前无法解决的问题。他发现了一位物理学家想通过万亿粒子模拟来追踪最有能量性的粒子——这个问题的技术解决方案对洛斯阿拉莫斯的Trinity超级计算机产生了惊人的影响。

于是他们开始在洛斯阿拉莫斯实验室周边询问,并最终找到了一位研究“费米加速度”的实验室科学家,其研究的是超新星和太阳耀斑中发生的粒子加速现象。当粒子来回摆动时,它们会像沿着固定路径加速,就像是在缓冲器之间跳跃的弹力球一样。这位科学家想要模拟等离子体,这是物质的第四种状态,它只是被分解的原子核和电子的混合物。科学家想观察这种粒子是否以这种方式加速。

然而,要做到这一点,他需要在一万亿个粒子中,找出哪几千个粒子加速到最高速度。“问题在于,”赛特迈尔说,“你直到最后才会知道。”这使得粒子模拟在现有的计算能力限制下基本上无法实现。

但是,如果他和他的团队能尽快处理这些文件的话,也许他们就能解决这个问题。他们会使用一种叫做“矢量粒子-单元”的程序,或者称为VPIC代码,它是在1955年洛斯阿拉莫斯实验室发明的。该程序基本上允许科学家跟踪单个粒子,观察它们的去向以及它们在特定情况下的行为。在核研究中,科学家经常使用粒子-单元程序来了解等离子体是如何相互混合的。

这种混合对洛斯阿拉莫斯实验室很重要,因为核弹会产生等离子体。科学家不可能再为了解它们而随意地引爆炸弹——就像他们在早期所做的那样,把岛屿变成了洞穴。相反,他们模拟炸弹的状态,并回顾旧视频,试图模拟他们看到的东西。到目前为止,他们还没有从录像中得到任何细微的差别。但是,通过巧妙的新模拟,赛特迈尔说也许他们可以达到这一目标。

但首先,他们必须使用物理学家的费米加速度问题来测试他们的文件创建速度限制。

以下是这种模拟的经典工作原理:超级计算机将在整个过程中同时对所有万亿计的粒子进行快照。为了在最后的图片中找到最有能量的粒子,超级计算机会在它们的轨迹中反复回溯,对每个快照进行挖掘(每个快照都有几个TB),以找出相关粒子的路径。“这是巨大的计算成本,”赛特迈尔说,“太大了,以至于它会毁掉Trinity超级计算机。”

相反,赛特迈尔的解决方案是用更少的信息创建更多的文件:为每个粒子创建一个文件,在整个模拟过程中跟踪每个粒子。如果赛特迈尔将这些文件放入可搜索的索引中,科学家可以简单地问计算机,“这些粒子当中的哪一个会以最大爆炸结束?”

然后,科学家可以提取并分析这些粒子的信息。“我们能够以1000到5000倍的速度检索数据,”赛特迈尔补充道。这种处理速度足够快,使物理学家的费米加速度研究变得可行。Trinity超级计算机在两分钟内创造了一万亿个文件,这也创下了新的世界纪录。

这不仅仅是一项学术成就。这种速度可以让科学家在万亿粒子模拟中跟踪一个粒子(或10,000个粒子)的轨迹。要知道,洛斯阿拉莫斯实验室的任务是维护美国的核武库。

数十年来,美国没有在其库存中添加新的弹头。但根据该国自2010年以来的首次核态势评估,这种现象可能正在改变——并为洛斯阿拉莫斯等机构带来更多的工作。“许多人曾希望,全球核武库的大幅削减,或许是为了消除这些核武库,”审查草案写道,“这些愿望还没有实现。”我们必须正视现实,看清世界的本来面目,而不是我们所希望的样子。

欢迎阅读本文章: 吴雪成

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