Суперкомпьютер на базе IBM POWER детально воссоздал внешнюю оболочку Земли и движение тектонических плит
9, декабрь 2015 Ученые Техасского университета в Остине, Исследовательского центра IBM Research (NYSE: IBM ), Нью-Йоркского университета и Калифорнийского технологического института стали лауреатами премии Гордона Белла 2015 года за наиболее реалистичное воспроизведение процессов внутри Земли, управляющих тектоникой плит. Такие исследования помогут лучше понять причины возникновения землетрясений и вулканов. Новое достижение было сделано благодаря передовым алгоритмам, выполняемым вычислительной системой «Sequoia» IBM BlueGene/Q, расположенной в Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса. Эта система является одним из самых быстрых суперкомпьютеров в мире. Группа исследователей разработала инновационные алгоритмы для математического метода расчета, так называемого « неявного решения », которые помогли создать реалистичную модель элементов Земли в беспрецедентном разрешении и с высокой точностью. Ученым удалось предсказать движение земных плит и воздействующих на них сил, и одновременно воспроизвести процессы в недрах Земли. Примечательно, что созданная модель включает в себя более 600 миллиардов нелинейных уравнений, что является большим достижением в вычислительной науке и проектировании. Вычисления были произведены с помощью вычислительной системы «Sequoia», состоящей из 96 стоек IBM BlueGene/Q и достигающей рекордной теоретической производительности в 20,1 петафлопс. Каждая стойка состоит из 1 024 вычислительных узлов, на которых располагаются микросхемы 16-ядерных процессоров на базе POWER, созданных для обработки больших данных с частотой 1,6 ГГц. Код, разработанный группой, достиг беспрецедентных 97% параллельной эффективности масштабирования программы решения до 1,6 миллионов ядер – это новый мировой рекорд. Такой выдающийся результат был получен в результате полного переосмысления вычислительного подхода: от математической модели и численных методов до массированной параллельной реализации. Группа разработала численный метод, который способен одновременно охватить большое число различных масштабов, использующихся при описании мантии Земли, и, в то же время, эффективно использующий массивно-параллельную архитектуру суперкомпьютера BlueGene/Q. « Этот успех поможет ответить на некоторые фундаментальные вопросы, например, каковы главные причины движения плит и какие процессы приводят к сильным землетрясениям », – говорит профессор Майкл Гернис, директор сейсмологической лаборатории Калифорнийского технологического института. « В то время как общепринятая точка зрения полагает, что эффективное решение систем существенно нелинейных уравнений на системе из миллионов ядер практически недостижимо, мы показали, что постепенная реконструкция дискретизации, алгоритмов, решателей и инструментов реализации делает это возможным », – комментирует Георг Стадлер, профессор Курантовского института математических наук Нью-Йоркского университета. « Этот механизм применим к гораздо более широкому классу моделей в науке и проектировании, включающих комплексный многомасштабный режим работы », – подчеркивает Омар Гаттас, директор Центра вычислительных геонаук в Институте вычислительного проектирования и наук, профессор геологических наук и механического проектирования в Техасском университете в Остине. Многие фундаментальные принципы движения земных недр, которые являются основной причиной разрушительных землетрясений, вулканов и цунами, остаются загадкой для ученых. Фактически, понимание явления « мантийной конвекции » было названо Национальными академиями Соединенных Штатов одним из «10 важнейших исследовательских вопросов в области наук о Земле ». « Мы только начинаем демонстрировать, как комбинация передовых алгоритмов, использование суперкомпьютера, анализ больших данных, собранных с сенсорных датчиков и устройств « Интернета вещей » могут помочь реалистично воспроизводить наиболее критичные нелинейные разнородные силы природы, – говорит Костас Бекас, руководитель отдела основ когнитивных вычислений IBM Research в Цюрихе. – Мы исследуем новые способы использования большого количества доступных сенсорных данных и их когнитивной обработки по заданной теме. Это позволит специалистам-практикам сократить количество времени, требуемое для разработки решения, с нескольких лет до недель и даже дней в любой области, начиная с изобретения новых материалов до открытия новых, ранее неосвоенных источников энергии ». Подробностями об исследовании поделились авторы научной работы:
Научные сотрудники IBM уже в шестой раз становятся лауреатами премии Гордона Белла, последний раз они были удостоены этой награды в 2013 году. Исследование команды было опубликовано в материалах конференции SC15 «An Extreme-Scale Implicit Solver for Complex PDEs: Highly Heterogeneous Flow in Earth's Mantle». Материал доступен по ссылке: http://dl.acm.org/citation.cfm?doid=2807591.2807675 О премии Гордона Белла Премия Гордона Белла вручается ежегодно за выдающиеся достижения в области инновационных разработок параллельных вычислений для нужд науки, проектирования и анализа большого объема данных. Награды могут вручаться за рекордную производительность или особые достижения в области масштабирования и преобразования времени в вычисление по важным научным и прикладным проблемам. Финансовую поддержку премии в 10 000 долларов обеспечивает Гордон Белл, который является первооткрывателем в области высокопроизводительных и параллельных вычислений. Об IBM Research Отмечая свое 70-летие в этом году, и объединяя более 3000 исследователей и 12 лабораторий на шести континентах, IBM Research продолжает определять будущее информационных технологий. Открытия IBM Research помогли компании в 2014 году получить рекордное количество патентов – 7534. Это 22-й год подряд, когда IBM возглавляет список ведущих патентообладателей в США. В штате IBM Research трудятся шесть Нобелевских лауреатов, 10 сотрудников, награжденных Национальной медалью США в области технологий, 5 ученых, получивших Национальную медаль США в области науки, 6 лауреатов премии Тьюринга, 19 членов Национальной академии наук США и 20 членов Национального зала славы изобретателей США. Более подробную информацию можно получить по ссылке www.research.ibm.com |
|