9 Super-Cool Anvendelser Til Supercomputere

{h1}

Supercomputere hjælper forskere med at løse de virkelig store problemer.

Supercomputere er computerbyggernes bodybuildere. De prale titusinder gange computerkraften på et skrivebord og koster titusinder af dollars. De fylder enorme rum, der køles for at forhindre, at deres tusindvis af mikroprocessorkerner overophedes. Og de udfører trillioner eller tusinder af billioner af beregninger pr. Sekund.

Alt dette magt betyder, at supercomputere er perfekte til at tackle store videnskabelige problemer, fra at afdække universets oprindelse til at dykke ind i mønstrene af proteinfoldning, der gør livet muligt. Her er nogle af de mest spændende spørgsmål, der behandles af supercomputere i dag.

At genoprette Big Bang

Det kræver store computere at undersøge det største spørgsmål om alle: Hvad er universets oprindelse?

"Big Bang" eller den første udvidelse af al energi og materiel i universet skete for mere end 13 milliarder år siden i trillionsgrad Celsius temperaturer, men supercomputer simuleringer gør det muligt at observere, hvad der foregik under universets fødsel. Forskere ved Texas Advanced Computing Center (TACC) ved University of Texas i Austin har også brugt supercomputere til at simulere dannelsen af ​​den første galakse, mens forskere ved NASAs Ames Research Center i Mountain View, Californien, har simuleret skabelsen af ​​stjerner fra kosmisk støv og gas.

Supercomputer simuleringer gør det også muligt for fysikere at besvare spørgsmål om dagens usynlige univers. Usynligt mørkt stof udgør omkring 25 procent af universet, og mørk energi udgør mere end 70 procent, men fysikere ved lidt om enten. Ved hjælp af kraftige supercomputere som IBMs Roadrunner på Los Alamos National Laboratory kan forskere køre modeller, der kræver op til tusind billioner beregninger pr. Sekund, hvilket giver mulighed for de mest realistiske modeller af disse kosmiske mysterier endnu.

Forstå jordskælv

Andre supercomputer simuleringer kommer tættere på hjemmet. Ved at modellere Jordens tredimensionelle struktur kan forskere forudsige, hvordan jordskælvsbølger vil rejse både lokalt og globalt. Det er et problem, der virket uhåndterligt for to årtier siden, siger Princeton geofysiker Jeroen Tromp. Men ved at bruge supercomputere kan forskere løse meget komplekse ligninger, der afspejler det virkelige liv.

"Vi kan dybest set sige, at hvis dette er din bedste model for, hvordan jorden ser ud i en 3-D-sans, så ser det sådan ud som bølgerne," sagde Tromp.

Ved at sammenligne eventuelle resterende forskelle mellem simuleringer og reelle data, forbedrer Tromp og hans team deres billeder af jordens indre. De resulterende teknikker kan bruges til at kortlægge undergrunden til olieudforskning eller kulstofsekventering, og kan hjælpe forskere med at forstå de processer, der forekommer dybt i Jordens kappe og kerne.

Foldproteiner

IBM annoncerede i 1999 planer om at opbygge den hurtigste supercomputer, verden nogensinde havde set. Den første udfordring for denne teknologiske vidunder, kaldet "Blue Gene"?

Unraveling mysterierne af protein folding.

Proteiner er lavet af lange tråde af aminosyrer foldet i komplekse tredimensionale former. Deres funktion er drevet af deres form. Når et protein misfoldes, kan der være alvorlige konsekvenser, herunder sygdomme som cystisk fibrose, Mad Cow-sygdom og Alzheimers sygdom. At finde ud af, hvordan proteiner foldes - og hvordan folde kan gå galt - kan være det første skridt i at kurere disse sygdomme.

Blue Gene er ikke den eneste supercomputer der arbejder på dette problem, hvilket kræver massive mængder magt til simulation af blotte mikrosekunder af foldetid. Ved hjælp af simuleringer har forskere afdækket foldningsstrategierne for adskillige proteiner, herunder en, der findes i formen af ​​pattedyrets tarm. I mellemtiden har Blue Gene-projektet udvidet. Fra og med november 2009 er et Blue Gene-system i Tyskland rangeret som den fjerde stærkeste supercomputer i verden med en maksimal behandlingshastighed på tusind billioner beregninger pr. Sekund.

Kortlægning af blodstrømmen

Tror du, du har en god ide om, hvordan dit blod flyder? Tænk igen. Den totale længde af alle vener, arterier og kapillærer i den menneskelige krop er mellem 60.000 og 100.000 miles. For at kortlægge blodgennemstrømning gennem dette komplekse system i realtid arbejder Brown University professor i anvendt matematik George Karniadakis med flere laboratorier og flere computerklynger.

I et 2009-papir i tidsskriftet Philosophical Transactions of the Royal Society beskriver Karniadakas og hans team blodstrømmen gennem en typisk persons hjerne sammenlignet med blodgennemstrømning i hjernen hos en person med hydrocephalus, en tilstand, hvor kraniumvæske bygger op inde i kraniet. Resultaterne kunne hjælpe forskere med bedre at forstå slagtilfælde, traumatisk hjerneskade og andre vaskulære hjernesygdomme, skriver forfatterne.

Modellering af svineinfluenza

Potentielle pandemier som H1N1 svineinfluenzaen kræver et hurtigt svar på to fronter: For det første skal forskerne finde ud af, hvordan viruset spredes. For det andet skal de finde stoffer for at stoppe det.

Supercomputere kan hjælpe med begge. Under det seneste H1N1-udbrud anvendte forskere ved Virginia Polytechnic Institute og State University i Blacksburg, Va., En avanceret model af sygdomspredning, der hedder EpiSimdemics, for at forudsige overførsel af influenza. Programmet, der er designet til at model befolkninger på op til 300 millioner stærke, blev brugt af det amerikanske forsvarsministerium under udbruddet, ifølge en rapport fra maj 2009 i IEEE Spectrum magazine.

I mellemtiden brugte forskere ved University of Illinois i Urbana-Champagne og University of Utah supercomputere til at deltage i selve viruset. Ved hjælp af Ranger supercomputer ved TACC i Austin, Texas, forskede forskerne strukturen af ​​svineinfluenza. De regnede ud, hvordan stoffer ville binde til virussen og simulerede de mutationer, der kunne føre til resistens mod stoffer. Resultaterne viste, at viruset endnu ikke var resistent, men det ville snart være, ifølge en rapport fra TeraGrid Computing Resources Center. Sådanne simuleringer kan hjælpe læger med at ordinere lægemidler, der ikke fremmer modstand.

Testning af atomvåben

Siden 1992 har USA forbudt at teste atomvåben. Men det betyder ikke, at atomvåben arsenalen er forældet.

Stockpile Stewardship-programmet bruger ikke-nukleare laboratorietester og ja, computersimuleringer for at sikre, at landets cache af atomvåben er funktionelt og sikkert. I 2012 planlægger IBM at afsløre en ny supercomputer, Sequoia, hos Lawrence Livermore National Laboratory i Californien. Ifølge IBM vil Sequoia være en 20 petaflop-maskine, hvilket betyder, at det vil være i stand til at udføre 20 tusind billioner beregninger hvert sekund. Sequoia's primære direktiv er at skabe bedre simuleringer af nukleare eksplosioner og at gøre væk fra den virkelige verdens nuke test for god.

Forudsigelse orkaner

Med orkanen Ike, der ligger ned på Gulf Coast i 2008, vendte prognoserne til Ranger for spor om stormens sti. Denne supercomputer, med sin cowboymoniker og 579 billioner beregninger pr. Sekund forarbejdningskraft, befinder sig hos TACC i Austin, Texas. Ved hjælp af data direkte fra National Oceanographic og Atmospheric Agency fly, Ranger beregnet sandsynligvis stier til stormen. Ifølge en TACC-rapport forbedrede Ranger fem-dages orkanprognosen med 15 procent.

Simuleringer er også nyttige efter en storm. Når orkanen Rita ramte Texas i 2005, udlånte Los Alamos National Laboratory i New Mexico mandskab og computerstyrke til at modellere sårbare elektriske linjer og kraftværker, hvilket hjælper embedsmænd med beslutninger om evakuering, afbrydelse og reparation.

Forudsiger klimaændringer

Udfordringen med at forudsige det globale klima er enormt. Der er hundredvis af variabler, fra jordens overflades reflektivitet (høj for iskolde pletter, lav for mørke skove) til vagaries af havstrømme. Håndtering af disse variabler kræver supercomputing evner. Computer magt er så eftertragtet af klimaforskere, at US Department of Energy giver adgang til sine mest kraftfulde maskiner som en præmie.

De resulterende simuleringer både kortlægge fortiden og kigge ind i fremtiden. Modeller fra den gamle fortid kan matches med fossile data for at kontrollere pålidelighed, hvilket gør fremtidige forudsigelser stærkere. Nye variabler, såsom virkningen af ​​skydeksel på klimaet, kan udforskes. En model, der blev oprettet i 2008 på Brookhaven National Laboratory i New York, kortlagde aerosolpartiklerne og turbulensen af ​​skyer til en opløsning på 30 kvadratfod. Disse kort skal blive meget mere detaljerede, før forskerne virkelig forstår, hvordan skyer påvirker klimaet over tid.

Opbygning af hjerner

Så hvordan lægger supercomputere sig op til menneskelige hjerner? Nå, de er rigtig gode til beregning: Det ville tage 120 milliarder mennesker med 120 milliarder regnemaskiner 50 år at gøre, hvad Sequoia supercomputeren vil kunne gøre i en dag. Men når det kommer til hjernens evne til at behandle information parallelt ved at lave mange beregninger samtidigt, går selv supercomputere bagud. Dawn, en supercomputer på Lawrence Livermore National Laboratory, kan simulere hjernekraften hos en kat - men 100 til 1.000 gange langsommere end en ægte kathjerne.

Ikke desto mindre er supercomputere nyttige til modellering af nervesystemet. I 2006 simulerede forskere ved École Polytechnique Fédérale de Lausanne i Schweiz succesfuldt en 10.000-neuronbit af en rottehjerne kaldet en neokortisk enhed. Med nok af disse enheder håber forskerne på dette såkaldte "Blue Brain" -projekt i sidste ende at bygge en komplet model af den menneskelige hjerne.

Hjernen ville ikke være et kunstigt intelligenssystem, men snarere et fungerende neuralt kredsløb, som forskere kunne bruge til at forstå hjernens funktion og teste virtuelle psykiatriske behandlinger. Men Blue Brain kunne være endnu bedre end kunstig intelligens, ledende forsker Henry Markram fortalte The Guardian avis i 2007: "Hvis vi bygger det rigtigt, skal det tale."

  • 7 Ordinære ting drejede Hi-Tech
  • De 3 mest almindelige typer af infektioner af PC-virus
  • Molekylære Computer Mimics Human Brain


Video Supplement: Genetic Engineering Will Change Everything Forever – CRISPR.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com