探秘超级计算机"地球模拟器" 拥有"水晶球"魔力

2007年04月24日13:48  来源:《新闻晨报》

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     速度模拟器一秒,计算器花3000万年

  “如果把地球模拟器在1秒钟内完成的计算任务,交给一个人使用计算器来完成的话,需要花上3000万年。”自从2002年诞生以后,地球模拟器在全球超级计算机500强评比(TOP500)中,有两年半时间一直占据首位,此后才被“蓝色基因”等超越。

  一座酷似体育馆的蛋形蓝底银色建筑,坐落在日本横滨市南部的金泽地区。

  从外表看,这是一幢轻盈安静的房子。然而,如果你有机会从它底部隐蔽的入口走入这高达17米的建筑,会大吃一惊:计算机高速运转时发出的巨大轰鸣声震耳欲聋,运行时散发的热量夹杂着看不见的强大电磁辐射扑面而来,绿色和红色的指示灯在急速闪烁———这就是地球模拟器。

  “地球模拟器的所有附加系统,如电源、冷却系统、人行道等都是可伸缩的,以缓冲地震带来的冲击”,地球模拟器中心负责人佐藤哲也告诉记者。68岁的佐藤哲也教授毕业于日本名校京都大学。这位兼收东西方科学之长的知名学者从2002年起担任日本海洋科学技术中心地球模拟器的负责人,“水晶球”的运算能力基本由他掌控。

  记者通过一座空中走廊进入模拟器,那里“挖”出一间不到5平方米的小空间用于接待访客,参观者能隔着玻璃看到全部的5210台处理器。

  一台台滚筒式洗衣机模样的蓝色柜子高达2米,与一组白色的高大柜子呈环形交错放置。前者安置的是处理器,后者则是硬盘。全部5120台处理器组成了矢量型并联超级计算机,一秒钟内可进行最高40万亿次的运算。为了实现超级运算能力,仅这台计算机使用的网络电缆就达约83000根,如果把电缆拉直的话,可以从北海道连到冲绳。

  正是超强的计算能力使它拥有像水晶球一样的魔力。科学家可以通过数值模拟来预测无法进行实验的自然现象。果然,地球模拟器运转没多久,就预测巴西海岸可能出现热带风暴。2004年夏末,预言成真了。

  精度比一般超级计算机精细1000倍

  “区别在于,其它模拟研究机构依托的超级计算机系统中,地球立方体格子边长最小也只能为100公里。但在地球模拟器中,格子以10公里为单位,实现了比原来精细1000倍的高清晰度。从而使它可以进行全球范围的大气和海洋系统模拟运算,而不是仅仅限于局部地区。”

  “很多国家的研究机构都在进行类似地球模拟器的研究,包括中国。”刚刚与地球模拟器合作完成论文的学者、美国夏威夷大学国际太平洋研究中心的研究员曲堂栋告诉记者,用一定的方程式控制各种参数来研究气候,这是模拟研究的基本方法。研究机构各自运用不同的模式,但这并不是它们和地球模拟器的主要区别。

  “从理论上来说,地球模拟器只需运算3个小时,就可以预测5日内的全球天气。”佐藤哲也透露,“如果有必要,甚至可以精细到把某一地区分成1公里单位的格子来运算和预测”。

  当然,地球模拟器的运行能力并不是如此随心所欲、而是经过精心分配的。在国际上,它与美国、欧洲甚至南非的一些国际研究机构展开各种合作研究。除此之外,地球模拟器自身的40名研究人员也分为3个项目小组,从事着被佐藤哲也称为“创新项目”的研究。

  在如此众多的运算任务下,除了大约每3个月一次的维护检修,地球模拟器几乎是24小时不停运转,就像遍布全日本的便利店一样“年中无休”。它消耗的能源因此相当惊人,一年的电费就达5亿日元,损耗折旧的费用每年更是高达30亿日元。

  全球各个不同的项目借助“现代水晶球”预测未来,灾难性预测随即纷纷出现:到2040年后,35℃以上的高温天气将就变成家常便饭;旧金山这样的著名城市也可能沉入海底……

  进度加入变化因素预测最新结果

  当然,所有这些模拟灾难都基于同一个前提:即把百年后大气中二氧化碳的浓度,设定为每立方米700毫克。事实上,以现在全球各地排放二氧化碳的速度,到那时候浓度或许更高。

  “今年我们开展了最新的全球变暖项目的研究,尝试把以前模式中没有覆盖的树木砍伐等生态环境变化因素加进去。”佐藤哲也告诉记者,IPCC报告中百年后地球升温的范围是从1.1℃到6.4℃,表明学术界对此仍怀有不确定性,这5℃的差距正来源于不同研究模式的不同精细程度。不过作为地球模拟器的负责人,他对于地球的未来仍表示乐观:因为如果人们能够把二氧化碳的排放量控制在一定范围内,这些惊人的灾难仍有可能避免。

  但问题在于,我们总认为自己的微小举动不足以改善气候变暖的大环境,但却忽略了“千里之堤,溃于蚁穴”。只有每个人都马上开始提高环保与节能的意识,哪怕是少用一张纸巾,少开一天车……才有可能避开水晶球的魔咒。要知道,百年后地球是否将面临气候灾难,取决于我们今天所做的一切,或许正取决于今天你是否节制了不必要的消费欲望。(李艳秋) 

(责任编辑:马丽)
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