超级计算机技术

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超级计算机技术范文第1篇

 

超文本文学作品和传统文学共同构成了现今的文学体系，但是相比传统文学多依赖纸介质书籍，超文本文学中包括信息技术在内的计算机技术的应用就具有更为显著的意义。

 

一、超文本文学作品简析

 

超文本文学作品包括了诸多内容，以下从文学兴起过程、文学创作手法、文学应用意义、文学具体结构等方面出发，对于超文本文学作品进行了分析。

 

1.文学兴起过程

 

超文本文学的兴起于计算机技术和信息技术的高速发展有着密切的联系。超文本文学属于新时期出现的一种崭新的文学模式。这种文学模式可以通过借助计算机的链接技术和鼠标等硬件设备来形成与传统纸质文学完全不同的文学文本形态。

 

其次，超文本文学的兴起本质上展现出了后工业时代技术发展与文学发展的相互渗透的发展大方向。与此同时，对于这一新的文学样式而言计算机技术已经成为了不可或缺的重要组成部分，并且也开始影响到作品内容形式的形成，因此可以将其视为小说风格特点和结构框架的重要组成部分了。

 

2.文学创作手法

 

超文本文学的创作手法受到了包括我国在内的多国学者的研究与分析。众所周知对于任何一种文学而言新的创作必然都会带来全新的作品创作程序。这一方面代表着文学的发展和进步，并且在这一过程中也能够体现出全新文学模式所体现出的价值。其次，超文本文学的艺术价值和文学风格形成是无法离开包括超链接技术在内的计算机技术的。

 

在这一过程中在电脑和网络媒体技术的支撑下，新文学模式中的非线性得到了新媒体物理性质的支持，因此也得到了进一步的突出。 举例来说，在创作手法上超文本小时的大部分节点都有着多个方向前进的可能路径，因此当读者阅读时选择不同的链接点，并且故事就朝向不同的方向发展，这就是通常所说的Flag。

 

3.文学应用意义

 

超文本文学本质上是两个或者更多文本单位之间的联系，因此实际上能够允许读者可以在这一文本单位跨越到另一个文本单位中去。通常来说在超文本文学中链接可以将本来缺乏联系的单位进行拼接，因此能够切实的打破传统文学所必须要遵循的时间先后和逻辑因果的联系方式，因此在事实上给文学的发展开拓了全新的文学空间。

 

其次，超链接作为超文本的主要特色能够较为集中的反映出超文本文学的崭新风格和变革所带来的重大意义。在这一过程中该种文学能够随着读者阅读时选择点击行为施加的影响，在多种可能性与路线中只能有其中一个路径能够实现，因此走向了笔直的Ending。

 

4.文学具体结构

 

超文本文学的结构与节点往往是非常精密的。由于在超文本文学中动态潜能的情节结构实际上是对不同节点之间联系的判定。在这一过程中不同节点之间的联系是多样的，主要的模式包括了一对多和多对一以及多对多。其次，由于超文本小说的结构多为树状结构和网状结构以及两者的混合模式。因此其节点之间的联系都和传统文学的线性联系存在着很大的区别。与此同时，超文本小说中有曲折、有分叉，因此这导致了其情节线索较多，并且缺乏固定的发展方向。

 

二、超文本文学作品中计算机技术的意义

 

超文本文学作品中计算机技术的意义体现在不同的环节，以下从有助于文学信息交互、体现鼠标阅读高效性、深入阅读心理层面、表明作品多元意义等方面出发，对于超文本文学作品中计算机技术的意义进行了分析。

 

1.有助于文学信息交互

 

计算机技术的应用首先有助于文学信息交互的进行。计算机技术应用的价值首先在电脑屏幕上体现得淋漓尽致，其作为沟通读者所在的现实世界和超文本小说的虚拟世界窗口的意义尤为重大。

 

其次，计算机技术的应用还可以让读者理解到实际运行的东西在任何时候都比屏幕上所能显示的要多，在这一过程中电脑屏幕作为文本载体，能够让读者非常直接的感受到文本结构和意义。

 

与此同时，在超文本文学中计算机屏幕不仅仅代表着一个信息输出的接口，并且也是读者通过阅读对于整个超文本小说进行分析的关键载体，正是因为有了屏幕才能够让读者感受到更加深刻的空间感和层次感。

 

2.体现鼠标阅读高效性

 

计算机技术的应用实际上体现出了超文本小说的阅读与传统阅读的本质区别，即模式效率上的区别。鼠标阅读的高效性首先体现在能够让读者与文本之间构成一个实实在在的交互行动，这一互动并不是传统小说的心理想象层面的互动，而是在具体阅读层面的互动行为。

 

其次，由于在阅读超文本文学时读者必须要点击鼠标或者设置自动阅读才能够进行，因此这意味着点击链接点的行为，本身也成为了信息输入行为。在这一过程中可以合理的将读者的心理反应、个人偏好等信息反馈给计算机运行程序，因此就使得超文本文学的读者实际上部分的代替了叙述者的功能，变成了叙事活动本身的一部分。

 

3.深入阅读心理层面

 

计算机技术的应用可以有助于文学信息进一步的深入阅读者的心理层面中。计算机技术的应用能够让超文本文学的读者在阅读心理上带来与阅读传统小说完全不同的感受。在这一过程中读者是更加容易进入作品的世界中并且能够与作品中的人物甚至作者本人进行“神交”，因此实际上也就更加容易产生共鸣。而头脑冷静或者情感、人生经历贫乏的人则很难进入作品的世界。

 

4.表明作品多元意义

 

计算机技术应用的关键在于表明作品的多元意义。计算机技术的应用能够让每一条线中的链接点都可以更加清晰的指向下一个片段。这首先体现在文字和句段充当链接点的超文本文学中。

 

其次，计算机技术的应用可以让超文本文学中作为链接点的图片看起来是处于叙事之外的位置并且看起来与文本内容没有直接的关系，但是其实是实际上构成整部作品的一部分。与此同时，计算机技术的应用能够让读者通过阅读链接和打开链接才能够进入新的片段，因此可以在这一过程中高效的将各个片段联系起来并且完善成为一个多元化的世界。

 

三、结束语

 

在新时代中，以鼠标阅读为代表的超文本文学作品的传播对于读者更加高效的进行心理交流与互动起到了良好的强化作用，因此在这一过程中计算机技术应用带来的效果，实际上是传统文学和其传播媒介所难以企及的。

超级计算机技术范文第2篇

中国科学院超级计算发展指数国内首次

首届中国科学院超级计算应用大会在青岛召开，中国科学院超级计算发展指数在会上：“十一五”期间，中国科学院超级计算发展指数由45.87点攀升至343.41点，增长了6倍多，平均年增长速度达65.42％。这是国内首次的超级计算发展指数。

中国科学院超级计算中心主任迟学斌介绍，中国科学院超级计算发展指数是在充分把握超级计算发展内涵的基础上，建立一套科学量化衡量超级计算发展状况的全面、客观、动态和适用的评价体系，以衡量超级计算基础设施建设、系统运行、用户使用、应用研究成果、服务支撑和人才培养等方面的发展状况，为分析发展过程中存在的不足、把握超级计算的发展方向、战略规划和科学发展提供量化的参考依据。

中国科学院超级计算发展指数编制以科学性、目的性、导向性、代表性、可行性、公开性和通用性为原则，评价指标体系由用户直接科研产出、环境建设、环境使用、人才培养、支持用户科研项目和收入等6个方面组成。评价指标数据来源于超算环境运行历史数据和用户应用成果数据。

迟学斌介绍，各评价指标的基期值取5年的平均值，并以100作为基点。2009年，三个分指数和总指数均超越基期值100.00点，原因是主力计算机“深腾7000”开机运行，计算能力大幅度提升，中国科学院超

转贴于

级计算实现了跨越式发展；2009～2010年，各分指数和总指数增幅明显，原因是2010年中国科学院超级计算环境中8个分中心的建成和17家所级中心的接入，环境作用拉动明显。

迟学斌表示，“十一五”期间，中国科学院超级计算在各分指数维度上发展水平均有所提升，在环境建设、用户直接科研产出和收入方面发展成效显著，而环境使用、支持科研用户项目和人才培养方面尚待加强。“十二五”期间，中国科学院超级计算将更加注重大规模并行计算运用、人才培养、用户群体拓展、系统使用率提升和科研项目服务支撑等。

超级计算机技术范文第3篇

关键词：超低渗油藏　酸化解堵

长8油藏地处甘肃庆阳陇东区块，其主产层平均有效厚度11.5 m，平均有效孔隙度9.95％，平均渗透率0.83x10-3μm2，是一个典型的“低孔、低渗、低压”的“三低”油藏。

一、油藏简介

此区域内主要含油层组长8系三角洲前缘水下分流河道沉积，砂体展布为北东-南西向。延长统长8时期主要为大规模的湖泊三角洲相沉积，砂岩厚度大，为油气提供了良好的储集条件。

1.岩性特点

砂岩岩性为粉细-细粒岩屑质长石砂岩，其中长石含量46.56％，石英含量23.19％，岩屑含量13.26％，其它5.23％，胶结类型主要以薄膜-孔隙为主。填隙物含量14.63％，填隙物以绿泥石、铁方解石、高岭石为主，铁白云石、硅质次之。粘土矿物主要有绿泥石、伊利石、伊/蒙混层、高岭石等。

2.地层水性质

油藏地层水矿化度65.1g/L，水型为CaCl2型，pH值6.25。

3.储层敏感性

从粘土矿物分析结果看，长8储层以酸敏矿物为主，占65．93％，水敏矿物较少，伊利石占17．37％，伊蒙间层仅占5．88％，有利于油藏注水开发。岩芯水敏试验结果表明，长8储层为弱水敏储层，注入水和地层水配伍性较好，对储层污染小，通过注入水中添加粘土稳定剂、防垢剂即可满足水质要求。

二、堵塞机理分析

1.粘土矿物运移造成堵塞

长8油藏泥质含量高，特别是绿泥石和方解石含量较高，注入水矿化度低，油藏地层水矿化度高，油井见水后表现为含盐下降，致使附铁绿泥石在pH值变化的条件下，形成了Fe(OH)2和Fe(OH )3沉淀。在近井地带因为流体流速不断加快，部分粘土矿物颗粒杂质被运移至近井地带的孔喉处，造成堵塞，导致近井地带渗透率进一步下降，油井产量逐渐递减。

2.水型不配伍见水造成堵塞

油藏地层水水型为CaCl2型，水中成垢阳离子(Ca2+、Ba2+)含量较高，而区内注入水为洛河水，水型为CaS04，富含成垢阴离子(HCO3-、S042-)。

按照油藏地层水和注入水的水型特点，二者属于不配伍体系。若在地层混合可能产生硫酸盐沉淀(CaSO4、BaSO4)，对低渗储层可能会产生伤害，在一定条件下会产生CaSO4、BaSO4沉淀，堵塞孔道，降低油藏的渗透率。反应方程式为：

SO42-+Ca2+=CaSO4

SO42-+Ba2+=BaSO4

2HCO3-+Ca+=CaCO3+CO2+H2O

2HCO3-+Ba+=BaCO3+CO2+H2O

反应生成的沉淀的多少，取决于混合水中CO2的溶解量，显然当CO2的溶解较多时，CaC03生成较少。在近井地带，油层压力急剧下降，使溶解的CO2大量析出，平衡方程不断向右进行，不断生成碳酸盐沉淀。沉淀一般在油井井底附近析出形成垢，主要因为地层水和注入水在近井地带不断混合。

三、酸化解堵技术的应用

随着该区注水的开发，油井逐步见水，部分表现为典型的孔隙型见水特点，主要表现为日产液、日产油、含盐下降，含水上升，动液面平稳。按照该区油井堵塞机理，当前主要应用酸化解堵技术恢复油井产能。

1.酸化解堵机理

酸化解堵技术是通过酸液近井地带的堵塞矿物和部分无机垢，从而达到油层解堵的目的。该工艺的缺点是绿泥石是典型的酸敏矿物，和酸生成化学沉淀，所以对油层存在潜在损害。

2.措施井的选择

从长8油藏酸化效果分析，措施后日增油30 %以上且措施有效期在200d以上的油井初期产量均大于1.2t，长期保持较高产量，后期见水。总结酸化解堵油井主要具有以下特点，油井油层物性、厚度有保证，生产初期具有产能较高。有注水见效趋势，后期堵塞导致产量明显下降，动态表现为典型的孔隙型见水;动态监测显示具有充足的能量，即“高能量，低产能”。

3.酸化解堵效果

统计长8油藏油井酸化分析，该区长8油藏措施效果和油井压力保持水平有密切关系。从措施有效期和压力保持水平散点图(见图1)、措施日增油和压力保持水平散点图(见图2)来看，当油井压力保持水平在110%时措施效果较好。

分析该区酸化解堵油井，现场施工时挤酸排量控制在140～200L/min酸化解堵效果较好，主要因为低排量的挤酸能够扩大近井地带酸液解堵面积，增大泄油面积。

长8油藏地层本身具有非均质性，常规酸化往往造成酸化过程中酸液“指进”现象。在酸化过程中，酸液首先沿着流动阻力小的高渗层、大孔道或裂缝流动，造成酸液无法均匀遍及储层。该区油井酸化前综合含水35．2％，酸化后含水为58．6％，说明了酸液主要进入了高渗段。

四、结论

1.油井堵塞主要是因为粘土矿物运移及注入水和地层水不配伍造成的；

2.初期有产量保证，后期堵塞且有能量保证的油井酸化解堵效果较好；

3.油井压力保持水平在110％以上的酸化解堵较好；

4.常规酸化酸液指进容易造成油井措施后含水上升，应研究适合该区的暂堵酸化技术。

参考文献

[1]刘丽丽，姬塬油田铁边城区元48井块开发方案，勘探开发研究院，2011．

超级计算机技术范文第4篇

Abstract： Summarize the significance of computer control ultrasonic guided waves technique to the detection of oil pipeline erosion defects.Introduces the components of computer control ultrasonic guided wave， the generation mechanism of guided wave， the basic principle of testing， guided wave modes selection， defect recognition，the application effect of positioning technologies and field detection. Finally discuss the future direction of ultrasonic guided wave detection technology.

关键词： 计算机技术；石油管道；超声导波；腐蚀缺陷

Key words： computer technology；oil pipeline；ultrasonic guided wave；erosion defects

中图分类号：TE988.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）27-0202-03

0 引言

目前，我国的石油天然气输送主要通过管道完成。据不完全统计，我国的石油天然气管道已达到了八万多公里，而且还在快速建设。随着使用年限的增加，管道腐蚀的因素增多，腐蚀进一步加剧，加之人为因素的影响，以及自然不可抗拒因素的破坏，管道安全运输面临严峻的考验，严重时可能引发管道安全事故。管道安全事故的发生，不仅污染生态环境，危害人的生命财产安全，也会使国家财产受到损失。因此管道的安全检测技术备受全球关注。为保证管道稳定运行，我国要求定期检测在役长输管道的运行情况，服务年限越久的管道越要重点检测。就现阶段国内油气管道的服务年限来看，大部分管道的服务年限均已超过规定年限的一半以上，这些管道抵御人为或不可抗力因素破坏的能力已逐渐衰退，爆管或管道腐蚀穿孔等事故发生的概率越来越高，对管道的安全检测评价已引起管道管理部门的重视[1]。

我国对长输管道腐蚀缺陷的外检测通常采用射线、超声、涡流等技术，这些检测技术应用范围有限，对于加设防腐层和保温层的管道，埋地或穿越难以接近的管道难以施测。进行管道安全检测的过程中，为了全面掌握管道缺陷分布情况，提高管道安全外检测结果的准确性，检测人员目前主要通过计算机控制显示的超声导波技术对目标管道段施测。超声导波检测技术不需耦合剂，工作温度要求在-40℃～180℃之间，测距长，灵敏度高，目前这种新型的管道安全检测技术备受业界关注。对超声导波检测应用技术的适用性进行分析论证，客观准确地评价运输管道的安全性能具有重大的现实意义。

1 超声导波技术

1.1 超声导波概念 超声导波是一种激发能沿有限形状的结构传播的机械弹性波，并被构件边界所约束、所导向，因而称为超声导波。超声导波有纵波、扭力波、变形波、兰母波、水平剪切波和表面波等多种模态形式，应用于管道的有纵波和扭力波两种模式：由于扭力波只在固体中传播，所以扭力波是油气传输管道检测的最佳模态（由于纵波在固体与液体传播，所以对于液体传输管道来说，只能选择扭力波模式）。

1.2 管道超声导波检测基本原理 管道超声导波检测主要是通过探头产生低频超声导波，导波沿管道传播来检测管道缺陷，管道维护人员根据观测仪接收的反射回波可对缺陷的程度、部位进行准确判断，但不能对管道实际残余壁厚及最小壁厚施测。

由图1可以看出，超声导波并非透过管道传播，管壁作为波导的向导，引导导波沿着纵向方传播下去。如管道内存在腐蚀现象，超声导波遇到被腐蚀的管壁横截面时，会将异常信号反馈至传感器的接收探头，再由仪器放大后显示。

缺陷的位置可参照回波显示的位置而定。图2导波在管道减薄区域的反射示图。

1.3 计算机控制的超声导波检测仪器系统 当前，全球拥有超声导波检测系统的机构主要有四家，其中英国有两家，一家是导波公司的WAVEMAKER导波检测仪，另一家是TWI公司研发的TELETEST超声导波检测仪。除此之外，另外两家分别是以色列SONIC公司研制的ISONIC系列导波和美国西南研究院研制的MSS导波检测仪。英国和以色列所研发的导波设备是在压电晶片超声导波（LRUT）原理的基础上研发而来，属于典型的压电晶片的超声导波控制系统见图3，美国的MSS导波则是根据磁致伸缩导波原理研发而来，典型的磁致伸缩超声导波控制装置见图4。

1.4 导波检测模态的选取 管道检测时首先要选择正确的导波模式，这对确保检测结果的准确性非常重要。倘若导波模态不符合检测要求，就无法充分发挥导波检测技术的优势。一般来说，激励源会产生所有的不超出其频率带宽范围的模式，信号接收比较复杂，以致无法进行科学的分析，但完全可借助特定的激励办法对模式单一的导波进行激励。扭转模式与纵向模式是管道检测的常用方法。英国帝国理工大学[3]研发了一种新型管道检测技术，能够将扭转波与纵振波原理有机整合。长输管道通常 采用扭转波检测模式。图5中，T（0，1）模态是当前管道检测应用频率较高的导波检测模态。这是由于L（0，2）模态的导波频率在70kHz时群速度最大，但是一般不会出现较严重的频散；T（0，1）模态导波在20kHz处群速度最大，其它模态信号不易干扰其运行状态。

1.5 缺陷信号识别和定位 现阶段，业界主要应用希尔波特变换、小波变换、时频分析和傅立叶变换等几种方式来处理导波信号。但是导波信号处理并非单独的频域、时域或时频的分析，而是三者之间相互融合，其中通过两者相融合的办法来处理导波信号应用频率相当高。具体操作时，先对管道裂缝或管道缺陷进行准确定位，可通过时域分析对回波信号的初始相位进行观测来完成。要获得所有波包的频谱信息仅通过频域分析是无法完成的。导波检测信号属于非平稳信号，能够与时间产生关联，运用时频分析能够使这一问题得以解决。当前，导波检测反射率是基于时域波形中的振幅，但是信号所代表的能量信息无法通过振幅客观的反映出来。而频谱的反射系数恰好能通过时频分析反映出来。图6运用对比分析法对有缺陷管道与无缺陷管道的小波变换情况进行了综合分析。

缺陷定位技术是对缺陷轴向与周向的位置进行确定[4]。激励某一模态的声波，当沿轴向传播的导波遇到管道环截面局部减少时，对反射回来的模态导波进行观测便可准确定位轴向位置；周向定位就是通过局部缺陷引起管道四个象限的表面质点的不同振动来判断的，因此通过增加象限数量，便可以提高周向定位精度。目前新型的缺陷定位技术—聚焦技术，利用相控阵技术将主要能量集中在某一个象限，利用聚集的能量进行缺陷的准确定位[5]。

1.6 超声导波检测灵敏度 超声导波的灵敏度指的是管道腐蚀或裂纹占管道总横截面积损失量的百分比。通常在实验室情况下，检测灵敏度最高可以达到0.7%；实地检测可靠检测灵敏度为2%～5%。现场检测灵敏度时，施测管道的尺寸、有无包覆防腐层等，都可能影响检测结果。

2 导波技术在管道腐蚀检测中的应用

通过MsSR 3030导波设备实地检测？准219×6、用20#钢制作的、服务年限达到五年、5.598Km长的埋地输油管道。管道内无防腐层保护，外防腐保温为2道H06-4型环氧富锌底漆、3道HS52型环氧煤沥青面漆+30mm聚氨酯泡沫+2.0mm聚乙烯层夹克层+强制电流区域性阴极保护。检测人员从整条管道上取16个6m×2m的检测坑。检测时，需要人工剥除检测坑内六米长的管道防腐层，以确保施测结果客观、准确。部分防腐层附着在管壁难以剥除，可用装有砂轮纸或钢丝刷的打磨机将管段打磨干净，直至其显出金属本色。图7～9、表1为导波检测管道的测厚验证数据图。

实地检测了埋地管路后，导波可以对管道腐蚀部位进行准确定位，并借助超声波测厚仪进行验证，以说明有信号的位置管壁厚度有所减小。由上述分析得知，在与导波探头反向0.4m处和1.2m处回波异常，这两处均在6点钟方向管壁厚度分别为4.62mm和4.78mm，而原壁厚为6mm，这表明这两处管壁厚度减小。

3 导波在使用中的局限性

①防腐层会影响导波检测的准确度，因此导波检测埋地管道前，先彻底清除附着于管道壁上的防腐层；

②导波检测时，必须准确定位探头位置。所选探头位置的管道壁必须无缺陷，否则会干扰导波检测结果，使导波信号波无法真实反映管道缺陷，甚至出现漏检或误判。图10为管道连续均匀缺陷，若在此处设置探头，管壁的几何变化不明显，使导波无法产生回波信号，因此很难通过导波检测出此处的管道缺陷。

③环焊缝也是影响导波检测结果的一个主要因素。每通过一个环焊缝导波能量就会随之衰减，焊缝后面的缺陷信号就会很弱，因此小缺陷可能无法通过导波检测出来。

④螺旋焊缝会削弱导波传导的能量，进而影响导波检测结果。因此导波无法准确反映出螺旋焊缝管的缺陷。

⑤导波检测可以对缺陷的轴向位置进行准确定位，但无法检测缺陷周向的位置，配备超声测厚仪可对缺陷的程度、位置进行定位。

4 结论

超声导波是一种新型的管道检测技术，其实际应用还处于试用阶段。这项技术在反应速度与扫查范围等方面处于行业领先地位，特别是对采油平台立管或穿越式的管道检测更有其独特的优势。目前服役管道检测评价中，采用导波技术检测开挖部分，对导致压力管道横截面积金属损失量超过2%的腐蚀具有较好的检测效果，不适用与应力腐蚀与腐蚀疲劳等缺陷的检测，但是可以对局部腐蚀的程度和具置进行准确定位。外界环境和管道构造决定了导波检测测距的长短。该技术对施测人员的专业水准和行业经验有严格的要求，相关部门应该加强这方面的研究工作，才能更好地促进该技术的推广应用。

参考文献：

[1]刘镇清.超声无损检测中的导波技术[J].无损检测，1999，21（8）：367-369.

[2]Wilcox P， Lowe M J S， Cawley P. Long range Lambwave inspection： the efect of dispersion and modal se-lectivity[C]. Review of Progress in Quantitative NDE. New York： Plenum Press，1999：151-158.

[3]马宏伟，吴斌.弹性动力学及其数值方法[J].北京：中国建材工业出版社，2000.

[4]陈积懋.声学综合无损检测技术[J].中国工程科学，2000，2（4）：64-69.

[5]柯岩等.基于磁致伸缩效应的钢管导波检测可信性[J].无损检测，2007.

超级计算机技术范文第5篇

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—PowerX Cell 8i，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”号航天飞机由于一个直径仅7.11毫米的O型密封圈的损坏，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，而且用所得到的结果来预测核武器库存能否持久使用。这些信息来自于对武器的模拟仿真、持续的实验以及非核试爆。把这些数据提供给那些运行速度足够快的计算机，运行结果会变得更加详细，更加接近预测的结果。

匹配计算机的代码

“走鹃”的速度源于它独特的结构，两个处理器各司其职，Cell实现大部分的计算功能，进行高效计算，基本上就是计算加速器的角色。但是任务分工不是自动实现的，而是通过程序实现的，需要程序开发者们修改以前的代码，而这一工作早在开发“走鹃”之前好几年就已经开始了。

为“走鹃”重新编写代码需要程序开发者们推测出处理器之间的最佳计算分配方式，而且仔细地考虑如何分配数据，才能使“走鹃”发挥最大作用。这种再思考的过程是一个严峻的挑战，但是代码修订成功将会带来丰厚回报。在“核储备管理计划”中，“走鹃”遇到了一个长期以来一直让人很头疼的问题，那就是如何理解核弹在引爆过程中能量的走向问题。在解决这一问题中，“走鹃”功不可没。

“走鹃”投入使用的前六个月是“测试期”，处于转入保密状态前的过渡阶段，这一时期通用科学领域的研究者们也花费了很多时间。科学家们使用ML代码让“走鹃”进行艾滋病病毒的基因序列研究，而且建立了一个艾滋病病毒的族谱，用来帮助研究病毒的特效疫苗。其它软件代码则在材料科学、天文学和激光等离子体相互作用等科学领域的研究中取得了突破性的进展。

布莱恩·奥尔布赖特是专门研究计算原理部门中的一员。他是使用CELL颗粒矢量（VPIC）代码来进行激光-等离子体相互作用研究的人员。他发现为“走鹃”调试代码的深远意义。他说：“我们设立了很多个小组来为‘走鹃’进行VPIC代码的调试，这些调试使得VIPC适用范围更广泛，而不是只能在一种计算机结构上使用。”

随着VIPC代码的论证成功，用来调试“走鹃”的代码工作将会逐渐适应新型的超级计算机，这一事实凸显出了“走鹃”背后的另一个目的，即验证这一判断—武器代码必须摆脱对于那些即将成为古董的老式计算机结构的依赖。当代码开发者们设法攻克新机器和新机器陌生的构架的时候，他们感觉到了警告，他们必须注意到即将到来的高性能计算中的改变—核储备管理计划中的每一个人都要迎接的改变。

如万普勒所说：“‘走鹃’是一台具有新型结构的超级计算机，是ASC计划的项目。新型结构的机器一定会把计算机的发展推向未来。”正如人们所想的，“走鹃”和其它前沿科技一样，用万普勒的话说，有那么“一点点古怪”，但它的古怪也是来源于它自身那些革命性的特点。它并非必须可以适用于所有的软件代码，或者是所有的代码都可以很好地运行。然而，在武器代码方面，“走鹃”的确不负众望：武器代码可以在新型的结构上运行，或者说，武器代码必须可以在新结构上运行。“走鹃”是具有挑战性的，因为整个超级计算机的未来都是挑战性的。

“天空”（Cielo）—一个时代的终结

在尼古拉斯·C·梅特罗波利斯的建模与仿真实验室中（或者叫做战略计算中心），“走鹃”的时代已经结束了，这台庞大的机器很快就会被拆掉，它因在计算机历史新时代开始时带来了巨大变化而备受瞩目，但现在已经成为历史。

仍然待在战略计算中心的另一台同样强大的超级计算机叫做“天空”（Cielo），它和“走鹃”在2011年1月有一段重合。“天空”更像是之前的核储备管理计划中辛勤工作的驮马，它可以运行到“走鹃”这一级别：每秒1430万亿次浮点运算。而且因为和之前的系统都兼容，所以不需要进行代码适应性调整。

未来说到就到，“天空”将在2015年退出历史舞台，而当它退出的时候，就是这种结构真正终结的时候，“天空”将是这种计算机的终曲。

万普勒说：“继‘天空’之后，我们不可能再说，‘再给我一台一样的计算机。’因为高性能的超级计算机正在朝着新的方向发展，我们必须紧随其步伐。”

紧跟发展很重要，因为国家实验室通常不会从零开始制造超级计算机的硬件，而是利用现有的商业计算机技术为起点制造，这种方法更加的经济。此外，通常是在私营部门中计算机技术发展最快。如果国家实验室想要其计算机技术处于最前沿、而且维护方便，同时将死机次数降到最少，那么实验室就必须要紧跟商业计算机技术发展的脚步。

市场趋势是改变的动力，随着越来越多的公司尝试新的结构，开发新的技术，尝试不同种类的处理器、记忆单元和互联设备，所有的这些新事物就会带来一个全新的软件环境。

核储备管理计划的需求同样给计算机带来了改变。程序的要求越来越高，而且需要越来越强大的计算能力才能模拟核试验。事实上，库存的武器和当年进行核试验时已经不一样了。武器的组件、材料还有系统都已经老化，这些变化很可能影响这些武器的表现。有些部件只能重新制造。现代核武器已经很复杂了，老化的核武器更加复杂，时间催生出更多的问题，等待人们来解决。

关于如何延长武器的寿命的问题，美国目前正面临许多抉择。要做出决定取决于科学家对于武器工作的原理了解多少，对于武器失效的原因了解多少。因此，国家安全实验室需要更高分辨率的计算来进行更大、更具体的三维仿真，来捕捉更精细的特征，而且，这种仿真需要涉及到武器方方面面的物理特性。

换句话说，实验室需要那种比如今超级计算机能提供的仿真更具体，更有预见性的仿真模拟，所以，必须全力以赴来研究未来的超级计算机。

前往“三位一体”（Trinity）的道路

最终，或许到了2020年的时候，计算机将达到一个新的高度水平，达到每秒100万亿亿次浮点运算，这要比“走鹃”快上1000倍。这样的速度对于国家安全实验室来说是一个好的预兆。但是随着超级计算机速度的提升，未来的超级计算机需要变得更加节能，因为只有这样才能被一个节能意识越来越强的世界所接受。

“走鹃”在节能方面迈出了一大步，尽管比“天空”要古老、笨重，但“走鹃”可以用更少的耗能来达到相同的速度。未来的计算机也需要努力赶上它的成功，在速度和所需能源都在增长的情况下，在这方面做出改进。未来的超级计算机也需要新的内存方案来解决在仿真过程中使用和产生的大量数据存储问题。与存储相关联的是数据弹性，而数据弹性是超级计算机很重要的一个问题。超级计算机由上万个处理器组成，这些处理器各自运算但又相互依赖，共同维持整个运算过程的进行。这意味着一旦有某个处理器停工，整个计算过程就会停止。而且随着系统中的处理器越来越多，失败的几率也逐渐增加了。计算机为了尽量减少这种失败带来的损失，使用了“检查点”的方法，它会定期将当前的运算状态存储到硬盘，这样一旦发生问题，可以从最近的一次检查点恢复计算过程。这样停工的时间就能少一点，“检查点”的存储和读取的速度越快，停机的时间就越短—这就是存储的弹性，未来计算机的设计者需要在计算的弹性上多下一点功夫。

高效、高弹性同时达到100万亿亿次运算级并不是一蹴而就的，而是一代一展下来的，而进程到下一代将是洛斯阿莫斯实验室的“三位一体”。

“三位一体”会采用“先进技术系统”—这是ASC项目继“先进架构”之后提出的一个新概念。“三位一体”预计将在2015～2016年之间投入使用，将会比“走鹃”和“天空”快40～50倍。虽然人们希望它会像“走鹃”一样成为创造历史的产物，但是它的出现必须像“天空”一样适用核储备管理计划的所有代码进行大量的运算。同样，“三位一体”有望成为首个足够大、足够快的工作平台，来进行全方位的3D模拟以及端对端的武器运算。

目前人们还在讨论究竟“三位一体”应该是什么样子，“三位一体”的设计者还在考虑如何很好地使用硅的问题，因为硅是制作计算机处理器中晶体管的最主要的原料。

“走鹃”的专门处理器Cell承担了很多原本是“皓龙”处理器的功能，所以它接管了一些复杂而且“昂贵”的运算，所谓昂贵的运算就是那些需要大量的时间和功率和非常快的浮点运算速度的操作。

“走鹃”使用Cell处理器处理复杂又昂贵运算的方式就是一个很好地使用硅的例子。如果所有计算机的所有功能都由通用处理器（例如“皓龙”处理器）来完成，有时候就会出现只有处理器的某些部分被使用，而闲置的部分也需要通电的情况—这就造成了不必要能源的浪费，就是硅不合理使用的方式。

所以“走鹃”的任务分配方式不仅保证了更快的运行速度，而且更加节能。就是这种方法使得“走鹃”除了位列世界最快的电子计算机500强之外，同时在世界绿色计算机500强的榜单上也榜上有名。

格莱德说：“在‘走鹃’之前人们就想到过使用专门处理器了，但是‘走鹃’是第一台实现这一想法的计算机。所以，我们制造的可以进行千万亿次运算的计算机只需要300万瓦的功率。同一时期，橡树峰国家实验室的‘美洲虎’超级计算机，每进行千万亿次浮点计算却需要800万瓦的功率，因为它使用的是传统的方式—只使用通用处理器。”

另一个传统的使用硅的方法就是处理器中数据的运转。格莱德说，现在的处理器多数是通过把数据输入进处理器中，算出结果，把结果记录在储存介质中。然后再把运算结果提取出来进行新的计算……我们不能再如此进行计算了，因为数据的运转需要太多的能量，这种方法效率实在太低。此外，用来运转数据的时间都被浪费了，我们没有把这些时间花在计算上。还有一种可行的办法。为什么不能直接在储存系统中进行计算呢？或者，为什么不能把数据储存在处理器附近呢？实验室的科学家们在同时考虑这两种可能性。因为“走鹃”的大量运算使得整体效率和运转数据的低效之间的矛盾浮上了水面。

超级智能计算机的未来

“走鹃”让所有人都在考虑一种制造超级计算机的新方法。专业的处理器当然已经被考虑在内了，应用这种技术的产品包括：劳伦斯里弗摩尔实验室中2012年6月时世界上运行速度最快的“红杉”，还有现如今世界上速度最快的隶属于橡树峰国家实验室的“泰坦”，这些计算机应用的都是这种处理器。