从“走鹃”到“三位一体”.doc

从“走鹃”到“三位一体”.doc1从“走鹃”到“三位一体”从1942年的太平洋试验场到1992年的内华达实验中心,将近50年的时间内核爆实验从来没有间断过。如今,核武器实验是在超级计算机上通过模拟仿真进行的,使用的代码是由科学家们从真实核武器实验中总结出来的。美国核武器的仿真模拟是隶属国家核安全总署(NNSA)的核储备管理计划中的一部分,这一计划的建立是用来评估美国的核武器储备在不进行真实核武器实验的情况下的安全性与可靠性。美国洛斯阿莫斯、劳伦斯里弗摩尔和桑蒂亚三大国家安全实验室的主任们每年都要通过能源部长、国防部长还有核武器委员会来向美国总统汇报他们经过试验仿真得出的评估结果。结果表明,目前美国核武器剩余的库存仍旧是安全有效,绝对可靠的。为这么重要的评估报告提供素材可不是件容易的事,所以说,研究武器的科学家们所使用的计算机都得是当代计算机中最先进的。洛斯阿莫斯实验室的“走鹃”(Roadrunner)因为打破了当时超级计算机最快运行速度的记录而扬名立万。但是洛斯阿莫斯实验室仍在追求更新、更高级的计算机来满足“核储备管理计划”日益增长的需求。他们已经开始着眼于下一台超级计算机了。虽然,这台计算机现在还只是一个构想,但是实验室的科学家们已经早早为它起好了名字,叫做“三位一体”(Trinity)。“三位一体”将会由“新墨西哥州极限计算联盟”一手设计制造,这个联盟的2背后是洛斯阿莫斯实验室与桑蒂亚实验室的强强联合。对于计算速度无止境的需求“走鹃”是美国墨西哥州的州鸟,从它的名字可以看出,这台计算机是非常高速的。2008年的6月,“走鹃”在“世界500大超级计算机”的榜单上拔得头筹。它是世界上首台千万亿次级别的超级计算机,也就是世界上首台可以持续保持每秒进行1000万亿次运算的超级计算机。“走鹃”不光在速度上是第一,在其它方面也有非凡表现,作为超级计算机,它造型结构独特。为了可以开发更高级的计算机来服务于“核储备管理计划”,美国核安全总署启动了一个名为“先进模拟与计算(ASC)”的项目。洛斯阿莫斯实验室的副主任谢丽尔·万普勒在实验室中专门负责ASC项目,她说“走鹃”是具有重大历史意义的超级计算机先锋,但同时又是引起争议的超级计算机。对于“走鹃”的争议来自于它的结构,即采用了一个“混合式架构”。它采用了两种完全不同的处理器。“走鹃”拥有6563颗AMD“皓龙”双核通用处理器,每个核心又分别连接1个专门的图像处理器—PowerXCell8i,这个处理核心原本是专门为索尼的PS3游戏机设计的,它经过特殊定制后,更加适合“走鹃”所进行的科学计算,被命名为Cell。尽管“混合式架构”的计算机在“走鹃”之前就已经出现了,但是从来没有人如此大规模地使用这种架构,很多人都怀疑其能否真正的胜任这项工作。所以对于“走鹃”的设计者—洛斯阿莫斯国家实验室和IBM公司3来说,“走鹃”的诞生是信仰的飞跃,不过这种飞跃是有意为之。高速计算当然是设计“走鹃”的一个主要目的。在实验室高性能计算部门工作的吉姆·卢汉说:“我们想要在计算机领域中迈出飞跃的一步。计算机每年都变得越来越快,但是要解决NNSA项目的物理学问题,我们所需的是呈指数增长的速度。”关系到核武器模拟仿真的物理学问题是非常困难、非常复杂的,尤其是这种模拟是对整个武器系统的模拟,而非仅仅是某个单一部件的模拟。只有运算速度非常快的计算机才能在一个合理的时间段内完成这些计算。吉姆·卢汉说:“我们正在探索武器从引爆到爆炸结束整个过程中的原理,而用一台运行速度慢、功能不够强大的计算机,我们只能进行部分研究—第一步、第二步或者是点火部分的研究,而现在我们可以进行整个过程的研究。我们可以用10年前的计算系统来做这个研究,但是那会需要很多很多年,而且不能把问题变得简单。”虽然仿真模拟只能预测武器的性能,而核试验可以实际展示武器性能,但是仿真的优势是胜在细节—主要是关于武器试验现象背后的内在反应过程。研发武器代码的科学家们通过使用方程式和数据来代表武器的各个方面:零部件的尺寸、形状、化学成分、组成材料的行为倾向(无论是塑料还是钚),还有在武器引爆过程中内在的所有反应现象。当年核武器试验过程中收集的数据、各种用于核武器材料实验所得出的新数据以及各种武器部件的非核试验得出的数据都给代码开发科学家提供了丰富的信4息。如果有一台计算机速度够快,就可以在合理的时间内解决所有武器代码方程式,那么它所得出的模拟仿真结果有助于帮助科学家加深对于武器现象的理解。计算机越快,解决的方程式就越多,能提供更小部件的模拟结果也就越多。核武器中小部件对于整个系统的命运至关重要。就像是1986年1月18日,“挑战者”,导致了整个航天飞机被摧毁,机上所有人全部遇难。所以,科学家们通过仿真模拟来了解在爆炸时武器内是如何反应的,而且用所得