美國(guó)核武器庫(kù)“管理員”超算Trinity打破世界紀(jì)錄：兩分鐘創(chuàng)建萬(wàn)億個(gè)文件

7月24日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，日前，美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Trinity超級(jí)計(jì)算機(jī)再次打破了世界紀(jì)錄，其利用新的算法在兩分鐘內(nèi)創(chuàng)建了一萬(wàn)億個(gè)文件。

在解決棘手問(wèn)題方面，布拉德·賽特邁爾(Brad Settlemyer)擁有一個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)解決方案。賽特邁爾是美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的一名研究科學(xué)家，主要負(fù)責(zé)名為T(mén)rinity的超級(jí)計(jì)算機(jī)，這臺(tái)機(jī)器在互聯(lián)網(wǎng)中的處理速度可以排到前十位。Trinity超級(jí)計(jì)算機(jī)主要工作是確保美國(guó)核武器儲(chǔ)備在需要的時(shí)候開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，而不是在不應(yīng)該需要的時(shí)候運(yùn)行。

不過(guò)，超級(jí)計(jì)算機(jī)并沒(méi)有將其所有的數(shù)字資源都用于庫(kù)存管理。在核停工期間，它也進(jìn)行基礎(chǔ)研究。

賽特邁爾希望擴(kuò)大機(jī)器的科學(xué)研究范圍。因此，他開(kāi)始尋找Trinity目前無(wú)法解決的問(wèn)題。他發(fā)現(xiàn)了一位物理學(xué)家想通過(guò)萬(wàn)億粒子模擬來(lái)追蹤最有能量性的粒子——這個(gè)問(wèn)題的技術(shù)解決方案對(duì)洛斯阿拉莫斯的Trinity超級(jí)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生了驚人的影響。

于是他們開(kāi)始在洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室周邊詢(xún)問(wèn)，并最終找到了一位研究“費(fèi)米加速度”的實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家，其研究的是超新星和太陽(yáng)耀斑中發(fā)生的粒子加速現(xiàn)象。當(dāng)粒子來(lái)回?cái)[動(dòng)時(shí)，它們會(huì)像沿著固定路徑加速，就像是在緩沖器之間跳躍的彈力球一樣。這位科學(xué)家想要模擬等離子體，這是物質(zhì)的第四種狀態(tài)，它只是被分解的原子核和電子的混合物?？茖W(xué)家想觀察這種粒子是否以這種方式加速。

然而，要做到這一點(diǎn)，他需要在一萬(wàn)億個(gè)粒子中，找出哪幾千個(gè)粒子加速到最高速度。“問(wèn)題在于，”賽特邁爾說(shuō)，“你直到最后才會(huì)知道。”這使得粒子模擬在現(xiàn)有的計(jì)算能力限制下基本上無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

但是，如果他和他的團(tuán)隊(duì)能盡快處理這些文件的話(huà)，也許他們就能解決這個(gè)問(wèn)題。他們會(huì)使用一種叫做“矢量粒子-單元”的程序，或者稱(chēng)為VPIC代碼，它是在1955年洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室發(fā)明的。該程序基本上允許科學(xué)家跟蹤單個(gè)粒子，觀察它們的去向以及它們?cè)谔囟ㄇ闆r下的行為。在核研究中，科學(xué)家經(jīng)常使用粒子-單元程序來(lái)了解等離子體是如何相互混合的。

這種混合對(duì)洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室很重要，因?yàn)楹藦棔?huì)產(chǎn)生等離子體?？茖W(xué)家不可能再為了解它們而隨意地引爆炸彈——就像他們?cè)谠缙谒龅哪菢樱褝u嶼變成了洞穴。相反，他們模擬炸彈的狀態(tài)，并回顧舊視頻，試圖模擬他們看到的東西。到目前為止，他們還沒(méi)有從錄像中得到任何細(xì)微的差別。但是，通過(guò)巧妙的新模擬，賽特邁爾說(shuō)也許他們可以達(dá)到這一目標(biāo)。

但首先，他們必須使用物理學(xué)家的費(fèi)米加速度問(wèn)題來(lái)測(cè)試他們的文件創(chuàng)建速度限制。

以下是這種模擬的經(jīng)典工作原理：超級(jí)計(jì)算機(jī)將在整個(gè)過(guò)程中同時(shí)對(duì)所有萬(wàn)億計(jì)的粒子進(jìn)行快照。為了在最后的圖片中找到最有能量的粒子，超級(jí)計(jì)算機(jī)會(huì)在它們的軌跡中反復(fù)回溯，對(duì)每個(gè)快照進(jìn)行挖掘(每個(gè)快照都有幾個(gè)TB)，以找出相關(guān)粒子的路徑。“這是巨大的計(jì)算成本，”賽特邁爾說(shuō)，“太大了，以至于它會(huì)毀掉Trinity超級(jí)計(jì)算機(jī)。”

相反，賽特邁爾的解決方案是用更少的信息創(chuàng)建更多的文件:為每個(gè)粒子創(chuàng)建一個(gè)文件，在整個(gè)模擬過(guò)程中跟蹤每個(gè)粒子。如果賽特邁爾將這些文件放入可搜索的索引中，科學(xué)家可以簡(jiǎn)單地問(wèn)計(jì)算機(jī)，“這些粒子當(dāng)中的哪一個(gè)會(huì)以最大爆炸結(jié)束?”

然后，科學(xué)家可以提取并分析這些粒子的信息。“我們能夠以1000到5000倍的速度檢索數(shù)據(jù)，”賽特邁爾補(bǔ)充道。這種處理速度足夠快，使物理學(xué)家的費(fèi)米加速度研究變得可行。Trinity超級(jí)計(jì)算機(jī)在兩分鐘內(nèi)創(chuàng)造了一萬(wàn)億個(gè)文件，這也創(chuàng)下了新的世界紀(jì)錄。

這不僅僅是一項(xiàng)學(xué)術(shù)成就。這種速度可以讓科學(xué)家在萬(wàn)億粒子模擬中跟蹤一個(gè)粒子(或10,000個(gè)粒子)的軌跡。要知道，洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室的任務(wù)是維護(hù)美國(guó)的核武庫(kù)。

數(shù)十年來(lái)，美國(guó)沒(méi)有在其庫(kù)存中添加新的彈頭。但根據(jù)該國(guó)自2010年以來(lái)的首次核態(tài)勢(shì)評(píng)估，這種現(xiàn)象可能正在改變——并為洛斯阿拉莫斯等機(jī)構(gòu)帶來(lái)更多的工作。“許多人曾希望，全球核武庫(kù)的大幅削減，或許是為了消除這些核武庫(kù)，”審查草案寫(xiě)道，“這些愿望還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。”我們必須正視現(xiàn)實(shí)，看清世界的本來(lái)面目，而不是我們所希望的樣子。