9 Super-Coole Toepassingen Voor Supercomputers

{h1}

Supercomputers helpen wetenschappers om echt grote problemen aan te pakken.

Supercomputers zijn de bodybuilders van de computerwereld. Ze hebben tienduizenden keren de rekenkracht van een desktop en kosten tientallen miljoenen dollars. Ze vullen enorme ruimtes, die gekoeld worden om te voorkomen dat hun duizenden microprocessorkernen oververhit raken. En ze voeren biljoenen of zelfs duizenden biljoenen berekeningen per seconde uit.

Al die kracht betekent dat supercomputers perfect zijn voor het aanpakken van grote wetenschappelijke problemen, van het blootleggen van de oorsprong van het universum tot het onderzoeken van de patronen van eiwitvouwing die het leven mogelijk maken. Hier zijn enkele van de meest intrigerende vragen die vandaag worden aangepakt door supercomputers.

De oerknal recreëren

Er zijn grote computers nodig om de grootste vraag van allemaal te onderzoeken: wat is de oorsprong van het universum?

De "Big Bang", of de eerste uitbreiding van alle energie en materie in het universum, gebeurde meer dan 13 miljard jaar geleden in Celsius temperaturen van een biljoen graden, maar supercomputer-simulaties maken het mogelijk om te observeren wat er gebeurde tijdens de geboorte van het universum. Onderzoekers van het Texas Advanced Computing Center (TACC) aan de Universiteit van Texas in Austin hebben ook supercomputers gebruikt om de vorming van het eerste melkwegstelsel te simuleren, terwijl wetenschappers van NASA's Ames Research Center in Mountain View, Californië, de creatie van sterren hebben gesimuleerd. van kosmisch stof en gas.

Supercomputer-simulaties maken het ook voor natuurkundigen mogelijk om vragen te beantwoorden over het onzichtbare universum van vandaag. Onzichtbare donkere materie vormt ongeveer 25 procent van het universum, en donkere energie maakt meer dan 70 procent uit, maar natuurkundigen weten daar weinig over. Met behulp van krachtige supercomputers zoals Roadrunner van IBM bij het Los Alamos National Laboratory kunnen onderzoekers modellen uitvoeren die opwaarts duizend-triljoen berekeningen per seconde vereisen, waardoor de meest realistische modellen van deze kosmische mysteries tot nu toe mogelijk zijn.

Aardbevingen begrijpen

Andere supercomputer-simulaties raken dichter bij huis. Door de driedimensionale structuur van de aarde te modelleren, kunnen onderzoekers voorspellen hoe golven van aardbevingen zowel lokaal als wereldwijd zullen reizen. Het is een probleem dat twee decennia geleden onhandelbaar leek, zegt Princeton-geofysicus Jeroen Tromp. Maar door supercomputers te gebruiken, kunnen wetenschappers zeer complexe vergelijkingen oplossen die het echte leven weerspiegelen.

"We kunnen eigenlijk zeggen, als dit je beste model is van hoe de aarde eruit ziet in 3D-zin, zo zien de golven eruit", zei Tromp.

Door eventuele resterende verschillen tussen simulaties en echte gegevens te vergelijken, vervolmaken Tromp en zijn team hun beelden van het interieur van de aarde. De resulterende technieken kunnen worden gebruikt om de ondergrond in kaart te brengen voor olie-exploratie of koolstofsekwesterij en kunnen onderzoekers helpen de processen te begrijpen die diep in de mantel en kern van de aarde plaatsvinden.

Vouwende eiwitten

In 1999 kondigde IBM plannen aan om de snelste supercomputer te bouwen die de wereld ooit had gezien. De eerste uitdaging voor dit technologische wonder, genaamd "Blue Gene"?

De mysteries van het vouwen van eiwitten ontrafelen.

Eiwitten zijn gemaakt van lange strengen van aminozuren gevouwen in complexe driedimensionale vormen. Hun functie wordt bepaald door hun vorm. Wanneer een eiwit verkeerd wordt gevouwen, kan dit ernstige gevolgen hebben, waaronder aandoeningen als cystische fibrose, gekkekoeienziekte en de ziekte van Alzheimer. Uitzoeken hoe eiwitten vouwen - en hoe vouwen verkeerd kan gaan - zou de eerste stap kunnen zijn in het genezen van deze ziekten.

Blue Gene is niet de enige supercomputer om aan dit probleem te werken, dat enorme hoeveelheden stroom nodig heeft om slechts microseconden van vouwtijd te simuleren. Met behulp van simulaties hebben onderzoekers de vouwingsstrategieën van verschillende proteïnen blootgelegd, waaronder een in de voering van het zoogdier. Ondertussen is het Blue Gene-project uitgebreid. Vanaf november 2009 wordt een Blue Gene-systeem in Duitsland gerangschikt als de vierde meest krachtige supercomputer ter wereld, met een maximale verwerkingssnelheid van duizend biljoen berekeningen per seconde.

De bloedbaan in kaart brengen

Denk je dat je een aardig idee hebt van hoe je bloed stroomt? Denk nog eens na. De totale lengte van alle aderen, slagaders en haarvaten in het menselijk lichaam ligt tussen 60.000 en 100.000 mijlen. Om de bloedsomloop in dit complexe systeem in realtime in kaart te brengen, werkt professor in toegepaste wiskunde van de Brown University, George Karniadakis, met meerdere laboratoria en meerdere computerclusters.

In een paper uit 2009 in het tijdschrift Philosophical Transactions van de Royal Society beschrijven Karniadakas en zijn team de bloedstroom door de hersenen van een typische persoon in vergelijking met de bloedstroom in de hersenen van een persoon met hydrocephalus, een aandoening waarbij craniale vloeistof bouwt omhoog in de schedel. De resultaten kunnen onderzoekers helpen slagen, traumatisch hersenletsel en andere vasculaire hersenziekten beter te begrijpen, schrijven de auteurs.

Modellering Mexicaanse griep

Potentiële pandemieën zoals de H1N1-varkensgriep vereisen een snelle reactie op twee fronten: ten eerste moeten onderzoekers uitvinden hoe het virus zich verspreidt. Ten tweede moeten ze medicijnen vinden om het te stoppen.

Supercomputers kunnen beide helpen. Tijdens de recente H1N1-uitbraak gebruikten onderzoekers van het Virginia Polytechnic Institute en State University in Blacksburg, Virginia, een geavanceerd model van ziekteverspreiding genaamd EpiSimdemics om de overdracht van de griep te voorspellen. Het programma, dat is ontworpen om populaties tot 300 miljoen te modelleren, werd tijdens het uitbreken gebruikt door het Amerikaanse ministerie van Defensie, volgens een rapport van mei 2009 in het IEEE Spectrum-magazine.

Ondertussen gebruikten onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champagne en de Universiteit van Utah supercomputers om in het virus zelf te kijken. Met behulp van de Ranger-supercomputer op de TACC in Austin, Texas, hebben de wetenschappers de structuur van de Mexicaanse griep ontrafeld. Ze kwamen erachter hoe drugs zich aan het virus zouden binden en simuleerden de mutaties die tot resistentie tegen geneesmiddelen zouden kunnen leiden. De resultaten toonden aan dat het virus nog niet resistent was, maar dat zou snel gebeuren, volgens een rapport van het TeraGrid computing-middelencentrum. Dergelijke simulaties kunnen artsen helpen geneesmiddelen voor te schrijven die de weerstand niet bevorderen.

Testen van kernwapens

Sinds 1992 hebben de Verenigde Staten het testen van kernwapens verboden. Maar dat betekent niet dat het nucleaire arsenaal verouderd is.

Het Stockpile Stewardship-programma maakt gebruik van niet-nucleaire laboratoriumtests en, ja, computersimulaties om ervoor te zorgen dat de cache van nucleaire wapens in het land functioneel en veilig is. In 2012 is IBM van plan om een ​​nieuwe supercomputer, Sequoia, te onthullen in het Lawrence Livermore National Laboratory in Californië. Volgens IBM zal Sequoia een 20 petaflop-machine zijn, wat betekent dat het in staat is om elke seconde twintigduizend biljoen berekeningen uit te voeren. De belangrijkste richtlijn van Sequoia is om betere simulaties van nucleaire explosies te creëren en de echte vernietiging door kernwapens voor goed te doen.

Voorspellen van orkanen

Met de orkaan Ike die in 2008 aan de Golfkust lag, wendden voorspellers zich tot Ranger voor aanwijzingen over het pad van de storm. Deze supercomputer, met zijn cowboy-naam en 579 biljoen berekeningen per seconde verwerkingskracht, bevindt zich op de TACC in Austin, Texas. Met behulp van gegevens rechtstreeks van vliegtuigen van het National Oceanographic and Atmospheric Agency, berekende Ranger waarschijnlijke paden voor de storm. Volgens een TACC-rapport verbeterde Ranger de vijfdaagse orkaanvoorspelling met 15 procent.

Simulaties zijn ook handig na een storm. Toen de orkaan Rita in 2005 Texas trof, leende Los Alamos National Laboratory in New Mexico mankracht en computervermogen om kwetsbare elektrische leidingen en krachtcentrales te modelleren, zodat functionarissen beslissingen konden nemen over evacuatie, stroomonderbrekingen en reparaties.

Voorspelling van de klimaatverandering

De uitdaging van het voorspellen van het wereldwijde klimaat is immens. Er zijn honderden variabelen, van de reflectiviteit van het aardoppervlak (hoog voor ijzige vlekken, laag voor donkere bossen) tot de grillen van zeestromingen. Omgaan met deze variabelen vereist supercomputermogelijkheden. Computerkracht is zo begeerd door klimaatwetenschappers dat het Amerikaanse ministerie van Energie de toegang tot zijn krachtigste machines als een prijs uitdeelt.

De resulterende simulaties brengen het verleden in kaart en kijken in de toekomst. Modellen uit het verre verleden kunnen worden gekoppeld aan fossiele gegevens om te controleren op betrouwbaarheid, waardoor toekomstige voorspellingen sterker worden. Nieuwe variabelen, zoals het effect van bewolking op het klimaat, kunnen worden onderzocht. Eén model, gemaakt in 2008 in het Brookhaven National Laboratory in New York, bracht de aerosoldeeltjes en turbulentie van wolken in kaart met een resolutie van 30 vierkante voet. Deze kaarten moeten veel gedetailleerder worden voordat onderzoekers echt begrijpen hoe wolken het klimaat beïnvloeden in de tijd.

Brein bouwen

Dus hoe komen supercomputers op elkaar uit voor het menselijk brein? Wel, ze zijn erg goed in de berekening: het zou 120 miljard mensen met 120 miljard calculators 50 jaar kosten om te doen wat de Supercomputer van Sequoia in een dag kan doen. Maar als het gaat om het vermogen van het brein om informatie parallel te verwerken door veel berekeningen tegelijk uit te voeren, blijven zelfs supercomputers achter. Dawn, een supercomputer bij het Lawrence Livermore National Laboratory, kan de hersencapaciteit van een kat simuleren - maar 100 tot 1000 keer langzamer dan een echt kattenbrein.

Desalniettemin zijn supercomputers nuttig voor het modelleren van het zenuwstelsel. In 2006 simuleerden onderzoekers van de École Polytechnique Fédérale de Lausanne in Zwitserland met succes een 10.000-neuron stuk van het brein van een rat, een neocorticale eenheid genaamd. Met genoeg van deze eenheden hopen de wetenschappers van dit zogenaamde "Blue Brain" -project uiteindelijk een compleet model van het menselijk brein te bouwen.

Het brein zou geen kunstmatig intelligentiesysteem zijn, maar eerder een werkend neuraal circuit dat onderzoekers zouden kunnen gebruiken om de hersenfunctie te begrijpen en virtuele psychiatrische behandelingen te testen. Maar Blue Brain zou nog beter kunnen zijn dan kunstmatige intelligentie, vertelde hoofdonderzoeker Henry Markram in The Guardian in 2007: "Als we het goed doen, zou het moeten spreken."

  • 7 Gewone dingen werden Hi-Tech
  • De 3 meest voorkomende soorten pc-virusinfecties
  • Moleculaire computer bootst menselijke hersenen na

Video Supplement: Top hacker shows us how it's done | Pablos Holman | TEDxMidwest.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com