Cardioid模型模擬心臟

LLNL制造出來的人類心臟Cardioid模型，能夠模擬心臟活動超過7小時，而之前的模型僅僅能模擬45分鐘的心臟活動。這樣，藥物對與心臟的影響就能通過Cardioid模型來測試。

為什么需要建立一個這樣的心臟模型，來模擬人類的心臟活動呢? LLNL實驗室科學(xué)計算研究院的負(fù)責(zé)人Fred Streitz表示，對于測試藥物對人類器官影響的實驗，有著相關(guān)的法律規(guī)定。通過這樣的模型，我們可以避免觸犯這些法律規(guī)定，就可以得知藥物的效果。另外這也擴(kuò)展了超級計算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。

Cardioid

像Cardioid這種現(xiàn)代化的心臟模型，是將器官劃分為一個個的小單元，每個單元越小，就越接近真實心臟的運(yùn)動。在Cardioid之前，心臟模型能夠精確到0.2mm，而Cardioid將精度提高到了0.1mm。并且Mirin說到，過去人們往往只能同時運(yùn)行數(shù)十個心臟模型，但是在Sequoia 上，能夠同時運(yùn)行數(shù)千個心臟模型，速度也比之前的快300多倍。

Cardioid是將每一個細(xì)胞看做一個單元，模型運(yùn)行起來之后，科學(xué)家們能夠測試藥物、電擊對于每個細(xì)胞的影響。

Cardioid并不是第一個人類器官的電子或者化學(xué)模型，Dave Richard說到，實際上，我們用到的一些數(shù)字處理方法就是借鑒他人的經(jīng)驗，例如有人模擬出了人類的大腦，還有其他許多實驗室都在模擬人類的器官系統(tǒng)，這其中就有心臟，但是LLNL有一個巨大的優(yōu)勢：他們擁有著世界上最快的超級計算機(jī)。

超算計算機(jī)是一個競爭激烈的領(lǐng)域，各國各企業(yè)都積極研制高性能計算機(jī)，如今世界上最快計算機(jī)Sequoia的峰值性能已經(jīng)超過了 16.32PFLOPS的浮點(diǎn)峰值計算能力。16.32PFLOPS是一個什么計算速度呢，用現(xiàn)在常見的手持計算器作對比，整個地球的人用手持計算器連續(xù)計算320年的工作量，IBM Sequoia只需一個小時就能完成。

手持計算器

IBM Sequoia是IBM為NNSA(National Nuclear Security Administration美國核能安全局)研制的超級計算機(jī)，落戶在加利福尼亞的Lawrence Livermore National Laboratory(美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室)，將用于核武器的實驗?zāi)M。

IBM與LLNL的研究人員

在2011年9月，IBM公布的一項600多頁的專利文件顯示，IBM正在建設(shè)計算首個超過10萬萬億次浮點(diǎn)計算的超級計算機(jī)，其計算能力大約是當(dāng)時排名第一的“京”(K Computer)的12倍。

IBM Sequoia計劃

IBM計劃建設(shè)的超級計算機(jī)BlueGene/Q Sequoia，其峰值性能可達(dá)到20PFLOPS，而其升級版將是首個超過10萬萬億次浮點(diǎn)計算的超級計算機(jī)，達(dá)到107PFLOPS，是目前世界最快K Computer的12倍。

根據(jù)IBM的計劃，Sequoia超級計算機(jī)將在2012年實現(xiàn)20PFLOPS的峰值浮點(diǎn)計算能力，根據(jù)最新一期2012年6月份的TOP500排名，IBM Sequoia已經(jīng)實現(xiàn)了16.32PFLOPS的計算能力。

Sequoia建造中

IBM Sequoia超級計算機(jī)，采用的是BlueGene/Q 架構(gòu)，藍(lán)色基因系列超級計算機(jī)在TOP500中占據(jù)的分量也是十分可觀。在前50位超級計算機(jī)中就有14套藍(lán)色基因超級計算機(jī)。按照計劃，20 PFLOP/s的Sequoia將采用約160萬個A2處理核心，由96個機(jī)架構(gòu)成。

其實在2011年11月的超算TOP500排名中，就有IBM Sequoia，不過由于還處于建設(shè)升級初期，只排在17位，其總核芯數(shù)也有65526個，峰值浮點(diǎn)計算性能達(dá)到了0.69PFLOPS，功率為340.50kW。

Sequoia超級計算機(jī)

而到2012年6月份統(tǒng)計，Sequoia的核芯數(shù)已經(jīng)達(dá)到了1572864個，峰值計算性能也達(dá)到了16.32PFLOPS，超過日本K Computer的10.51PFLOPS。功率僅為7890kW，為日本K Computer的一半多點(diǎn)，K Computer的功率為12659.89kW。

目前Sequoia的核芯數(shù)為157萬，距離預(yù)定計劃的160萬個已經(jīng)相差不遠(yuǎn)，要在年底前實現(xiàn)20PFLOPS應(yīng)該不是問題。

Sequoia建造中

Sequoia超級計算機(jī)的16.32PFLOPS的運(yùn)算速度是個什么概念，做個對比，67億個人用手持計算器，不停的計算上320年的計算量，Sequoia只需用一個小時完成。

Sequoia

Sequoia是建造來進(jìn)行核武器的模擬實驗的，并且很快會正式開始工作。像其他許多超級計算機(jī)一樣，在首次正式運(yùn)行之前的公共測試期間，其他一些科學(xué)家能夠利用超級計算機(jī)運(yùn)行其他的一些應(yīng)用，此次的心臟模擬就是其中之一。

超算實際應(yīng)用

超級計算機(jī)的實際應(yīng)用可謂是十分的廣泛，宏觀可到宇宙、微觀到流感病毒，超級計算機(jī)在當(dāng)前科學(xué)研究中的地位越來越明顯。

例如2012年8月下旬，著名的科學(xué)家霍金就啟動了名COSMOS(宇宙)的超級計算機(jī)，利用超級計算機(jī)來幫助探究宇宙起源奧秘。

霍金與COSMOS超級計算機(jī)

COSMOS超級計算機(jī)的啟動儀式是作為2012數(shù)字宇宙學(xué)研討會的一個組成部分。在英國劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)研究中心舉辦的2012數(shù)字宇宙學(xué)研討會上，著名的科學(xué)家霍金表示，最近我們?nèi)祟愒谟钪鎸W(xué)和量子物理學(xué)上取得了一些進(jìn)展。宇宙學(xué)現(xiàn)在是一個精密學(xué)科，因此需要像COSMOS這樣的超級計算機(jī)來分析和研究認(rèn)識真實的宇宙，來檢驗我們的數(shù)學(xué)模型是否準(zhǔn)確。

目前探索宇宙的方法除了宇宙飛船，最主要的還是天文望遠(yuǎn)鏡，利用射電望遠(yuǎn)鏡來收集宇宙中的各種射線信號，從這些射線中分析宇宙的起源等等。而天文望遠(yuǎn)鏡龐大的數(shù)據(jù)量則需要超級計算機(jī)來處理。在7月份，澳大利亞的天文學(xué)家表示會花費(fèi)3千3百萬美元購置超級計算機(jī)。

在一份聲明中，澳大利亞一位科學(xué)家表示，超級計算機(jī)是科學(xué)研究中必不可少的工具，有了它，澳大利亞的科學(xué)家在諸多領(lǐng)域內(nèi)的研究將會更進(jìn)一步，例如宇宙射線、納米技術(shù)、生物技術(shù)等等。

計劃中的超級計算機(jī)將會用來處理Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP，澳大利亞平方千米陣列望遠(yuǎn)鏡探測器)和Murchison Widefield Array radio telescopes(MWA，Murchison陣列射電望遠(yuǎn)鏡)的產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)。在2013年3月份，Cray建造的超級計算機(jī)將交付給 Pawsey中心。

Pawsey中心

除了宏觀的宇宙，微觀世界中的流感病毒的也可利用超級計算機(jī)來研究。2012年7月中旬，有媒體報道稱IBM的藍(lán)色基因超級計算機(jī)可以深入的研究流感病毒，從而更徹底的根治感冒。

流感病毒3D模型

墨爾本的醫(yī)學(xué)家利用IBM藍(lán)色基因超級計算機(jī)來模擬出流感病毒的3D模型，對流感病毒進(jìn)行進(jìn)一步的研究，希望能夠從流感病毒的自身架構(gòu)上尋找到抑制流感病毒的傳播。

FuturICT計劃

再如，歐盟斥資14億美元開展FuturICT計劃，預(yù)測地球未來。也許在將來不久，世界末日的預(yù)言將有超級計算機(jī)給出，F(xiàn)uturICT計劃中將建立一套名為“Living Earth Simulator(LES，動態(tài)地球模擬)”的超級計算機(jī)系統(tǒng)，按此前的計劃，LES將在2022年開始正式工作，預(yù)測地球社會動態(tài)及經(jīng)濟(jì)趨勢，尤其是全球性的危機(jī)事件。

全文總結(jié)：宏觀到宇宙起源，微觀到病毒研究，甚至是預(yù)測未來，超級計算機(jī)不僅僅是一個國家的科技發(fā)展水平的代表象征，其實際應(yīng)用也是十分重要的一環(huán)，大氣氣候海洋等數(shù)據(jù)量比較大的領(lǐng)域，超級計算機(jī)發(fā)揮的作用毋庸置疑，再如最大的天文望遠(yuǎn)鏡，其對超級計算機(jī)的要求也是十分的苛刻。而且，與人類日常生活息息相關(guān)的流感病毒，也需要借助超級計算機(jī)研究，因此才會有諸多國家企業(yè)致力于超級計算機(jī)的研究。

zhaohang

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