208-312
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资讯观察 NEWS & VIEWS
e-Science 2008年 第三期 83
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e-Science 2008年 第三期
2006年,日本政府启动“下
一代超级计算机工程”(Th e
Next Generation Supercomputer
project),并由RIKEN作为该项
目的实施主体[1]。在日本政府宣
布的第三个科学技术基本计划
(Science and Technology Basic
Plan,2006-2010)中,生命科...
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e-Science 2008年 第三期 83
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e-Science 2008年 第三期
2006年,日本政府启动“下
一代超级计算机工程”(Th e
Next Generation Supercomputer
project),并由RIKEN作为该项
目的实施主体[1]。在日本政府宣
布的第三个科学技术基本计划
(Science and Technology Basic
Plan,2006-2010)中,生命科
学、信息通信、环境科学和纳米
技术与材料四个研究领域仍然是
政府的重点支持领域,同时下一
代超级计算机被列为国家性的关
键技术,以增强日本在科学技术
领域的竞争力。迄今为止,日本
共有三个主要的超级计算机工
程,分别是:1993年由日本国
家宇航
开发的“数字风
洞”(Numerical Wind Tunnel)
系统、1996年由筑波大学开发的
CP-PACS和2002年由日本海洋科学
技术中心(JAMSTEC)开发的著名的
地球模拟器,上述三个系统峰值
分别为208Gflops、614Gflops和
41Tflops,并且上述工程中应用的
新技术由富士通、日立和NEC进行
商业化并在世界范围的研究机构
和高校中广泛使用。与上述工程
不同,日本政府希望“下一代超
级计算机工程”是不仅仅是个暂
日本高性能计算机发展动态
Recent Development of High Performance Computing in Japan
时性的工程,此项工程将随着超
级计算机的发展而得到延续。
“下一代超级计算机工程”
的持续时间从2006年到2012年,
其目标是:发展、建立并应用先
进的高性能超级计算机系统,并
将其作为国家的关键技术和基础
设施。该工程预期达到以下结
果:1)开发先进的高性能计算
机系统,该系统具有可执行多于
千万亿次的仿真能力,并在2011
年底投入运营;2)开发可运行于
下一代超级计算机的应用代码并
广泛使用;3)提供灵活的计算环
境共享下一代超级计算机的计算
资源;4)建立一个先进的计算科
学与技术中心作为日本的计算科
学基地。全部项目预算约为10亿
美元。目前该工程已由计算机系
统的基础设计阶段转向计算机芯
片的详细设计阶段,同时面向一
些重要应用(纳米科学和生命科
学)的程序也在开发之中,这些
程序的开发可以用来评价超级计
算机的硬件性能,同时也可以促
进日本计算科学的发展。
在计算机系统的基础设计方
面,由RIKEN向MEXT提交的建议已
经得到认可:1)硬件系统由标
量和矢量处理器单元组成;2)基
于Linpack测试的目标性能将在10
千万亿次;3)富士通、日立和
NEC将成为该项目的硬件开发商。
在主要的应用方面,上文
提到第三个科学技术基本计划中
已将生命科学、信息通信、环境
科学和纳米技术与材料四个重点
发展的研究领域。在政策的支持
下,生命科学以及纳米技术和材
料被选为下一代超级计算机的
主要应用领域。由于下一代超
级计算机的系统是高度并行的,
为这些领域所设计的计算机代码
也应该适应这种新的高度并行的
结构,因此在发展硬件的同时,
也需要将现有应用代码设计为下
一代超级计算机所
的模式。
分子科学研究所(Institute of
Molecular Science,IMS)和RIKEN
分别负责纳米科学和生命科学的
应用软件工程开发工作。
在由IMS负责开发的纳米科学
方面的应用软件需要满足如下几
个主要应用:1)对酶的化学反应
进行仿真:这项工程的主要目的
是制造出具有比自然酶更高反应
效率的人造酶,这样的酶可以从
木材中制造氢气;2)对与生命有
千万亿次计算机对其科学和经济
发展的重要意义,并确定了五个
主要的应用方向[6]。在气象、气
候学和地球科学方面,该计划关
注于气候变化、海洋学和海洋业
预报、气象学、水文地理学和空
气质量以及地球科学等方面的研
究;在天体物理学、高能物理学
和等离子体物理学方面,这些领
域的一些极其耗时、十分昂贵或
低性能计算机不足以完成的仿真
实验将得到超级计算机的有力支
持,而近几年在这些领域的科学
突破都是借助于超级计算机实现
的,该计划希望能够利用高性能
计算机对将来的空间实验进行研
究;在材料科学、化学和纳米科
学方面,计算机仿真不仅在传统
的材料科学、物理和化学领域,
同时在纳米科学、表面科学电子
工程、生物学和药物研制等领域
都起着至关重要的作用;在生命
科学方面,该项计划主要致力系
统生物学、染色体动力学、大尺
度蛋白质动力学、蛋白质联结和
聚合、超分子系统、医学等领域
的研究;在工程学方面,当前的
仿真任务和将来的发展趋势对计
算资源的需求更是永无止境的,
其应用领域涉及直升机的完全仿
真、生物医学流体力学、燃气轮
机和内燃机引擎、森林火灾、绿
色飞行器、虚拟发电厂等。高性
能计算机在这些应用的成功应用
将会对科学和社会的方方面面产
生深远的影响。
参考资料
[1] Distributed European Infrastructure for Supercomputing Applications(DEISA),http://www.deisa.eu/
[2] Enabling Grids for E-science(EGEE),http://www.interactions.org/cms/?pid=1026186
[3] DutchGrid,http://www.dutchgrid.nl/
[4] Grid5000,https://www.grid5000.fr/mediawiki/index.php/Grid5000:Home
[5] The Scientific Case for a European Super Computing Infrastructure. Petascale Computing in Europe. ftp://ftp.cordis.europa.eu/
pub/ist/docs/rn/changes-060511-DD-event-supercomp-report.pdf
[6] 王龙,千万亿次计算:趋势与需求,千万亿次计算能力前沿科学研讨会,2008-7-25. http://math.xtu.edu.cn/myphp/
math/image/qianwan.ppt
编译:曾琳
来稿时间:2008年10月20日
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● e-Science Forum
1 Suggestions on Accelerating Development of High-Performance Computing in China
8 Should Pay More Attention to Applied and Fundamental Study for High-Performance Computing
● e-Science Technology
12 Massive Parallel Simulation of Gas-solid Suspension with Macro-scale Particle Method
● e-Science Application
20 Petascale Computing:Trends and Needs
32 A Study on the Influence of the Computational Uncertainty on the IAP-AGCM Model
Subject——Computational Chemistry Virtual Laboratory
46 A Virtual Research Organization Based on Network Cooperation – “Computational
Chemistry Virtual Laboratory”
55 Applications of the Parallel Computing for Attosecond Dynamics
62 GridMol: a Highly-Efficient Application System Designed for Computational Chemists
● News & View
71 Analysis of 2008 China HPC TOP100 Rank List and Perspectives
79 PetaApps Project in USA: Accelerating Discovery in Science and Engineering through Petascale
Simulations and Analysis
81 Recent Development of High Performance Computing in Europe
83 Recent Development of High Performance Computing in Japan参考资料
关的物质进行仿真:该工程的主
要目标之一是在分子的层次上理
解这些物质(如蛋白质、细胞隔
膜等)在生物环境中的工作机制;
3)对纳米材料的仿真。在由RIKEN
负责开发的生命科学方面的应用软
件需要满足下列应用:1)对蛋白
质和配合基组成的联合体进行分子
仿真;2)对系统生物学的细胞仿
真;3)对人类器官和身体进行仿
真;4)从生物信息学的角度将DNA
与其对应生物功能相结合,从而为
不同的患者定制更加有效和安全的
药物。图1展示了日本下一代超级
计算机开发的进度表。
在日本“下一代超级计算机
工程”展开的同时,日本还成立
了相应的工业论坛(Industrial
Forum for Super Computing
Promotion),该论坛有160多个
日本公司参加,旨在研究如何应
用超级计算机来满足工业界的发
展需求。此外,在网格研究方
面,由MEXT发起的国家网格研究
计划(National Research GRID
Initiative,NAREGI)着重于网格
中间件的研究和开发,为广泛分布
的、高级研究和教育目的实现大规
模的计算环境,其目标是使网格最
高运算速度达到100TFLOPS,并且
于2008年发布了其网格中间件1.0
版[2]。其它知名的网格中间件还有
Ninf-G[3]等。
图1 日本下一代超级计算机开发的进度表
[1] Toichi Sakata, High Performance Computing beyond the Peta Scale in Japan, Journal of Physics: Conference Series, 78 (2007)
012059.
[2] Center for GRID Research Development, http://www.naregi.org/index_e.html.
[3] Ninf-G, http://ninf.apgrid.org/.
[4] 王龙,千万亿次计算:趋势与需求,千万亿次计算能力前沿科学研讨会,2008-7-25. http://math.xtu.edu.cn/myphp/
math/image/qianwan.ppt
编译:曾琳
来稿时间:2008年10月20日
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