当雾霾遇到高性能计算

2016-01-1212:44:17当雾霾遇到高性能计算已关闭评论 660

当雾霾遇到高性能计算,瞬间被消灭光光?当然不是了!

高性能计算不是空气净化器,它自己还怕雾霾呢!雾霾的颗粒非常小,很容易进入数据中心并覆盖在各类电子元件上,使得机房的散热性能下降,同时一些腐蚀物质会使电路板寿命缩短。

那,雾霾遇到高性能计算能碰撞出什么火花来?你要是参加了2015英特尔高性能计算峰会,听完中科院大气所博士的演讲,一定会有所收获。不过,博士们的演讲,都太专业了,我并不打算写这么专业的文章。

雾霾的危害大家都知道,会引起急性上呼吸道感染、急性支气管炎、肺炎、哮喘发作等等,总之百害无一利。在经历了12月初那场爆表的雾霾天气后,京津冀地区已经启动重污染预警机制,启动重污染预警的一个关键条件是对未来大气污染进行准确预测。

那么,大气污染预测数据是怎么得来的呢?这实际上需要非常复杂的模拟预测系统才能实现。中科院大气物理所在这方面做了非常重要的研究工作,建立了一套特别专业的空气质量模拟系统,需要运算非常大的数据量,有了高性能计算的支持,可以缩短运算时间,在短时间内出质量报告,相关部门可以以此做出决策。

特别专业的空气质量模拟系统是啥?

在我国空气污染预报及防控中,中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室自主研发的嵌套网格空气质量数值预报模式系统发挥着关键作用。

看名字就知道这是很专业(牛)的一套系统。不过,这套系统也有年头了。

早在1997年,中科院大气所就建立了对“城市空气质量数值预报模型系统”,并实现了天津、沈阳等地一次污染物的数据预报。近几年,大气污染物的状况更加复杂了,中科院大气所应用目前最新的大气物理化学理论研究成果,并考虑平流扩散、干湿沉降、气相化学、液相化学及云模式、气溶胶非均化学等多种过程,自主研发了第三代空气质量模式的嵌套网络空气质量数值预报系统。

雾霾是大数据 超大规模的数据

当我们拥有一套系统去模拟并分析污染物时,雾霾其实就是大数据,并且是超大规模的数据。

高性能计算峰会上,中科院大气物理所展示了模型系统。整个系统由四个子系统组成,分别为基础数据系统、中尺度天气预报系统、空气污染预报系统和预报结果分析系统。据介绍,以东亚45km、全国15km、京津冀5km为例,对超过100多种大气化学成分的浓度及其他气象要素进行分析,平均每日需要计算的数据量约300GB。

对于雾霾,大家争议更大的是的雾霾污染物的来源。唐晓博士介绍,如果要分析影响空气污染物来源,数据量将会更大。常规污染外,将一个适合中国北方的起沙机制模型耦合进该系统,平均每日需要计算的数据量将膨胀至1-2TB。

我们都知道,任何系统要跑起来,都离不开后台IT的支撑。一般的系统只需要普通服务器就可以完成运算,但是大气分析数据量庞大,没有高性能计算技术的支持,这样的计算规模无法想象。

高性能跑起来 空气质量早知道

看完接下来这个例子,京津冀的小伙伴们应该很能理解了。2015年9月3日北京大阅兵,中科院大气所采用了90台双路基于英特尔志强E5-2680 v2系列的刀片服务器,完成10组减排情景模拟计算,每组情景计算均提前完成一周预测阅兵当日京津冀区域的空气质量,4小时内即可完成计算。

据介绍,英特尔与中科院大气所研发团队开始紧密合作,针对新一代英特尔志强处理器E5系列和英特尔志强融核协处理平台上进行并行软件优化,进一步提高软件系统的模拟速度,不断提高业务预报和相关科学模拟的模拟精度、模拟规模和模拟速度。

据了解,中科院大气所嵌套网络空气质量数值预报式系统已经在国内多个城市部署,并取得了令人满意的结果。而这套系统能够快速运算出结果,也得益与英特尔架构平台。

知己知彼,方能百战百胜。当雾霾遇到高性能,有了基于高性能的模拟系统,虽然不能立即消除雾霾,但其支撑的污染预报至少可以让我们更好防控雾霾和保护自己。