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全球超级计算赛跑在经历了一年多的蛰伏与蓄力后 ， 于近期纷纷迎来新动作 。
在刚刚过去的2月份 ， 从美国、欧洲到非洲大陆 ， 相继有新的超级计算机投入应用 。 新超算们在性能上又创下了什么纪录 ， 它们在气象应用中有哪些新风向？一起来看一下 。
CPU时代到GPU时代 ， petaflops时代到exaflops时代
如果从数据上对2月集中亮相的超级计算机进行排位 ， 美国能源部所属橡树岭国家实验室（ORNL）推出的新型高性能天气预报计算机系统可谓最为亮眼 。
根据ORNL官方2月10日发布的消息 ， 该系统包括两台HPE Cray EX超级计算机 ， 将主要用于支持美国陆军和空军全球和区域性数值天气预报业务 。
这两台超级计算机分别被命名Fawbush和Miller ， 组合系统峰值性能为7.2petaflops（每秒浮点运算1万亿次） ， 是当前计算机系统的6.5倍 。 随着它们的到来 ， 用户全球模式分辨率将从17公里提高到10公里 ， 从而可以进行更精确的预测 。
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不过 ， 更为引人注目的是 ， 它们为未来几年天气预报应用取得突破性进展提供了更多可能——
一个重要的例子是 ， 它们将有助于使用云微物理参数来改进短期预测和中期预测 。
“我们对云的兴趣与众不同 ， 大多数人只是在乎它是阴天还是晴天 。 ”空军数值天气模拟计划首席工程师弗兰克·鲁吉耶罗说 ， 而他们希望通过对云覆盖区域进行遥感观测 ， 以预测大气中云的形成、增长及降水 ， 最终解决导航难题 。
除此之外 ， 新系统计划引入的另一个专业模型则与全球水文预测有关 ， 将用于预测洪水或被淹土地面积以及深度 。 这将涉及在数百个流域上进行精确的制图和运算 。
要真正实现这些功能 ， 都对超级计算机的性能有更高要求 。 实际上 ， 无论是Fawbush还是Miller ， 在设计时都为将来承担更高强度任务提供了可能 。 它们预设有很强的扩展空间 ， 从而可以在将来安装GPU ， 届时 ， 浮点性能或可提高十倍 。
这次是HPE Cray EX超级计算机在美国联邦机构中首次安装 ， 也拉开了美国能源部今年超级计算领域系列大动作的序章 。 与Fawbush、Miller拥有相同动力体系 ， 有望引领超级计算新纪元的“前沿”（Frontier）也计划在2021年底亮相 。
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Frontier同样是由Cray公司和AMD公司为橡树岭国家实验室建造 ， 计算能力达到1.5exaflops（每秒浮点运算一百亿亿次 ， 也被称为顶级超级计算机） ， 交付时它有望成为世界上最强大的超算 。
科学家期待 ， Frontier不仅可以为核物理、人工智能、癌症研究等领域提供最强助力 ， 同样有望推动气候研究取得突破 。
地球系统、气候变化应用受重视
放眼全球 ， 多个国家和区域似乎都“不约而同”选择在刚刚过去的2月对超级计算机进行更新换代 。
2月24日 ， 荷兰SURF合作性高校计算机构表示 ， 由联想数据中心打造的全新一代国家超级计算机集群 ， 将取代已有七年历史的国家超级计算机Cartesius ， 系统的峰值性能将由1.3petaflops提 高 到14petaflops；
2月23日 ， 西班牙国家气象局宣布 ， 将于近期投入使用的新型超级计算机 ， 计算能力几乎是2014年安装的当前超级计算机的十倍；
2月11日 ， 捷克水文气象学院宣布 ， 由日本NEC公司制造的NECSX-Aurora TSUBASA超级计算机将投入使用……
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在一系列动作中 ， 非洲的新系统图卜卡勒（Toubkal）以黑马的姿态出现在聚光灯下 。
从历史上看 ， 非洲并不是超级计算的“沃土” 。 此前 ， 非洲大陆只有2019年6月ASCC登上超算领域世界前500“伦高”（Lengau） 。 而Toubkal的到来将打破这个纪录 。 该系统的峰值为5.02petaflops（Linpack评估为3.15petaflops） ， 由 DellEMC制造 ， 足以在最新的世界前500列表中排名第98位 。
实际上 ， 这种“不约而同”的背后 ， 是近年来随着研究人员对计算能力、数据存储和处理的需求呈指数增长 。 反之 ， 需求的增长也决定了在新型超级计算机的设计中科学研究项目所占比例 。
盘点近年来主要应用项目 ， 在与超级计算有“不解之缘“的气象领域 ， 除了永恒的重头“天气预报”外 ， 地球系统、气候变化正越来越受重视 。
比如 ， 荷兰SURF的研究计划包括气象学、天体物理学、医学和社会科学 ， 也包括气候变化研究在内的材料和地球科学的各个科学领域；
在西班牙 ， 新的超级计算机将促进天气预报、气候变化、海浪预测等不同领域的研究；
在非洲 ， 针对ASCC 和Toubkal的项目包括对需要保护的非洲植物的基因组进行建模 ， 为微生物的基因组建模以更好地了解土壤肥力 ， 处理卫星数据以改善农业管理 ， 以及分析气象数据以帮助整合可再生能源项目 。
这其中 ， 捷克的目标最为直接 。 其新部署的超级计算机将用于高分辨率区域气候建模 ， 模拟未来的气候以及其变化将如何表现出来 ， 最终目标是帮助采取适应措施 ， 以减轻气候变化的影响 。 此外 ， 它还将作为开发系统 ， 用于优化某些气象法规 。
【预测|全球超级计算领域解锁新动作】
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