在线特别报道：计算机从未到达的地方 - 彭博社

佐藤哲也称之为“整体模拟”。佐藤是日本地球模拟中心的负责人，该中心运营着世界上最快的通用计算机。对吴英林来说，这被称为“计划中的意外”。他是硅图形公司（SGI）的首席技术官，该公司制造高性能计算机和可视化系统。而“超大规模计算”是美国能源部科学办公室主任雷蒙德·L·奥巴赫经常提到的术语，他是美国政府主要资助学术研究的机构之一。

基本上，他们都在谈论同一件事：利用超级计算机发现新的科学知识。这个想法是创建如此丰富详细的模拟，以至于研究人员和工程师可能开始理解常规科学仍无法提供解释的现象。人造太阳——一种聚变能源发电机的动态就是一个著名的例子，物理学家们为此奋斗了几十年。

另一个例子是湍流。支配液体和气体运动的物理法则是在一个世纪前制定的。然而，湍流在流体中经常且不可预测地发展。汽车和飞机周围的湍流流动增加了阻力，这需要额外的燃料来克服。湍流也发生在汽车发动机内部，在汽油和空气混合时，这使得燃烧效率降低。

“勇敢尝试。”

研究人员可以通过直觉和灵感来调整这个或那个，以尽量减少湍流。但佐藤表示，地球模拟器标志着强大超级计算机的曙光，这些计算机可以首次同时模拟微观和宏观尺度的物理，并且具有足够的精度提供新的见解，这些见解可能为应对湍流和其他混沌条件提供科学基础。

佐藤预测，整体模拟将在大多数领域证明优于传统实验。今年四月，他启动了两个小型研究项目，一个专注于整体软件，另一个则针对整体硬件。尽管东京政府没有提供额外资金，佐藤对这一概念的信念如此坚定，以至于“我们勇敢尝试，解散了技术团队，寻找一些优秀的人才。”

在美国，模拟也是首要任务。2001年，奥巴赫的科学办公室启动了通过先进计算进行科学发现（SciDAC）计划。一个任务是培养创建现实世界系统精确模型的方法——从整个经济体的相互作用到亚原子粒子的量子舞蹈。另一个任务是通过在线“协作实验室”促进更多跨学科研究。

软件调整。

第三个目标是从科学家和工程师编写的软件中榨取更多的性能。奥巴赫表示，这一点至关重要，因为在过去20年中，“模拟速度提升的一半归功于算法的改进。”例如，当劳伦斯伯克利国家实验室的国家能源研究科学计算中心运行某个聚变能源模拟时，NERSC的计算机提供的速度不到其理论速度的10%。

经过微调后，同样的软件达到了68%的峰值性能。奥尔巴赫说：“到目前为止，五个程序已经被调整，最小的改进是将运行时间从28天减少到4天。”

他预测，在工业中，模拟将变得越来越重要。例如，对于通用电气（GE）的喷气发动机业务，即使是0.5%的燃油效率提升也将价值连城。实现这一点可能需要3万亿次计算。但在一台能够持续达到10万亿次运算速度的计算机上，这个问题将在3.6天内解决，计算机时间成本大约为10,000美元。走传统的多次设计迭代和物理原型的路线，可能需要3.6年和数百万美元。

独家访问。

从十月开始，通过模拟发现新科学的概念将接受一系列严格测试。三个研究团队将获得对NERSC超级计算机的独家访问，持续一周甚至整整一个月。“这在以前从未发生过，”奥尔巴赫指出。通常，超级计算机的容量被分割成份额。两个或多个项目总是同时运行，每个项目仅使用机器处理器的一部分。

分析结果可能需要几个月，因此结果可能要到明年才能知道。但中期报告可能会在SciDAC网站上发布，网址为www.osti.gov/scidac。

作者：奥蒂斯·波特，纽约，和在东京的田代宏子