容器技术在科学计算中的应用研究

作为一种新兴的虚拟化技术,容器能够以低廉的资源开销为应用程序和服务提供隔离的运行环境,近年来在持续集成和持续部署、自动化测试、微服务等多种业务场景中获得了广泛应用。在科学计算领域,容器技术的应用也正获得越来越多的关注。借助自身的打包能力及日益壮大的生态系统,容器技术有望为科学计算领域的生产力提升提供助力。文中对容器技术在科学计算中的应用现状进行了调研分析,并根据现有的应用实例讨论了在科学计算中使用容器及相关技术的多种方式。对不同应用模式的分析研究表明,通过提升应用程序的可移植性、改善研究的可重复性、提供非传统应用部署方案、简化云资源调度管理等多种方式,容器及相关技术可以为科学计算领域带来多方面的效率提升。

面向异构计算的高性能计算算法与软件

研发适应国产异构计算环境的高性能计算算法与软件是非常重要的课题,对我国高性能计算软件研发匹配高性能计算硬件高水平发展的速度具有重要意义.首先,简要介绍高性能计算应用软件的现状、趋势和面临挑战,并对几类典型高性能计算应用软件开展并行计算算法特征分析,涵盖了宇宙N体模拟、地球系统模式、计算材料相场动力学、分子动力学、量子计算化学和格点量子色力学等多个问题、尺度和领域.其次,讨论了面向国产异构计算系统的对策,提炼出若干典型应用算法和软件的共性问题,涉及核心算法、算法发展、优化策略等.最后,面向异构计算体系结构,对高性能计算算法与软件进行了总结.

虚拟现实技术在地方历史文化传播中的运用——以宁夏师范学院固原丝路文化数字化教育平台建设为例

历史上的宁夏固原,是中国古代陆上丝绸之路东段北道的必经之地,外国使节、西域客商以及佛教徒往来于这条通道,留存下大量的文化遗产。传统的文化遗产传承方式都存在便利性和全面性,与传播发展和保存保护难以平衡的问题。随着信息技术的快速发展,虚拟现实成为解决上述问题的一种新的途径。通过对文化遗产的数字化、有形化,可以让用户不受时间和地点的限制,更加全面、准确、细致地再现文化遗产的形态,能够更有效地开展可视化的教育培训或互动体验,使地处西北的固原丝路文化遗产更好地传承和发展。

基于Windows Azure云并行计算的期权定价SaaS

计算速度对于期权交易者至关重要,关系到如何有效地制定价格并评估相应的风险,而云并行计算提供的随收随付制(pay-as-you-go)可以实现低成本运行。在微软云平台Windows Azure的基础上,开发了基于云并行计算的期权定价试点云软件AzureOP,该软件以较低的费用提供了低风险和高速度,并给出了AzureOP对于美式期权价格的模拟结果,绘制了对应的期权价格定价曲线和定价曲面。最后,对云并行计算在金融应用上的优势和不足进行了总结和讨论,同时举例说明了试点云软件AzureOP的具体细节。

高性能计算之源起——科学计算的应用现状及发展思考

现代科学研究和工程技术中,高性能计算应用将建模、算法、软件研制和计算模拟融为一体,已成为高性能计算机实现在重大科学发现的前沿基础科学研究领域应用的必要纽带。文章从高性能计算机的发展趋势、不同科学计算应用对高性能计算机的需求谈起,回顾和剖析了来自中国科学院多个学科的科学家协同通关,发挥学科深度交叉的优势,在'曙光1000'并行计算机上完成了多个应用软件并在天然DNA的整体电子结构理论计算、激光晶体材料(LBO)电子态理论分析及广义本征值并行计算等方面取得了令人瞩目的高水平成果的案例。多年来,中国科学院始终位列我国科学计算应用发展的前沿。在应用水平、计算规模及成果显示度均取得了长足进步的背景下,文章选取了大气科学、生命科学、高能物理、计算化学和材料科学等典型传统科学计算应用,从科学家的视角对它们的现状、领域发展促进及未来趋势作了介绍,以期能引发读者更深入的思考与关注。最后,提出了进一步发展我国科学计算的若干建议。

基于Intel MIC平台大规模耗散粒子动力学模拟的设计与优化

耗散粒子动力学(DPD)模拟是一种重要的研究流体动力学特性的计算模拟方法,基于Intel MIC平台设计实现了面向大规模耗散粒子动力学模拟,充分结合了DPD模拟本身的特性和MIC平台的特征。对DPD模拟中的近邻列表构建和短程作用力关键代码实现了向量化优化,在CPU和MIC协处理器之间采用任务计算负载平衡机制,支持MPI进程内线程数量负载平衡控制。分别在原型程序上和LAMMPS集成中做了性能对比分析,实验结果显示了引入相关优化技术的有效性,为进一步研究面向MIC众核平台的分子动力学相关工作奠定了基础。

基于GPU的分子动力学模拟Cell Verlet算法实现及其并行性能分析

分子动力学模拟存在空间和时间的复杂性,并行加速分子的模拟过程尤为重要。基于GPU硬件数据并行架构的特点,组合分子动力学模拟的原子划分和空间划分的并行策略,优化实现了短程作用力计算Cell Verlet算法,并对分子动力学核心基础算法的GPU实现做了优化和性能分析。Cell Verlet算法实现首先采用原子划分的方式,将每个粒子的模拟计算任务映射到每个GPU线程,并采用空间划分的方式将模拟区域进行元胞划分,建立元胞索引表,实现粒子在模拟空间的实时定位;而在计算粒子间的作用力时,引入希尔伯特空间填充曲线方法来保持数据的线性存储与数据的三维空间分布的局部相关性,以便通过缓存加速GPU的全局内存访问;也利用了访存地址对齐和块内共享等技术来优化设计GPU分子动力学模拟过程。实例测试与对比分析显示,当前的算法实现具有强可扩展性和加速比等优势。

案例推理的地学应用背景和方法

案例推理 (CBR)研究 ,是人类认知的一种合理性模型 ,接近于人类认识、解决问题最原始的思维方式 ,具有在无法获取机理模型、确定规则或统计模型时 ,采用简单的历史相似性推理实现问题的定量求解和预测 ,成为人工智能领域近年来的研究热点。本文从案例推理的发展入手 ,结合地学数据分析 。

简化BGK-型动力学差分格式

对最近发展起来的基于动力学理论的ＢＧＫ－型格式进行了研究，在此基础上对原来格式进行适当简化。通过对若干算例的验证发现，简化后的格式除了保留原来格式强健性和自动满足熵条件等优点外，还可以达到使算法简明，节省ＣＰＵ时间的目的。

第一性原理软件北京原子技术模拟工具包的重构进展

基于第一性原理的理论方法的研究,代表了材料计算、分子模拟等领域的科学高地,相应的第一性原理计算软件直接关系到该领域相关理论、算法的积累.本文汇报了我们在重构第一性原理计算模拟软件—北京原子技术模拟工具包(BSTATE)的一些最新进展.重构的核心思想是降低用户使用门槛、扩展软件适用范围、增加软件对于流行计算框架的支持.基于此思路,在BSTATE原有Makefile编译系统的基础上添加了CMake编译环境,并支持各种数学函数库的自动和交互式配置;通过在原有内置泛函基础上增添Libxc泛函库的支持,使BSTATE支持的泛函数量有了数量级上的增长;分析测试BSTATE在集群的并行特点,并以更新数学库接口(FFTW3、Cufftw)的形式提供对于流行异构框架的初步支持.

CAS-ESM耦合接口技术研究

耦合器是地球系统模式(earth system model,ESM)的重要组成部分,用于连接各个分量模式。针对地球系统模式中的耦合接口进行编程操作,使得分量模式的代码从耦合系统中分离出来,从而使得模式专家只需要了解耦合接口而不再需要了解耦合器的复杂内部实现。为此提出了两种耦合接口技术:一是耦合接口代码复用技术,将各个分量模式形式相似的代码段复用为统一的接口;二是耦合接口代码自动生成技术,根据统一的模板文件,模式专家只需要在配置文件中提供相应的变量信息,便可通过模板文件自动生成分量模式的代码。基于以上工作,将改写耦合接口后的地球系统模式部署到中科院超级计算机"元"上,结果表明经过代码复用及自动生成后的耦合接口与原来代码模拟结果一致。

异构计算量子化学软件的研发恰逢其时

量子化学计算软件在化学研究中扮演着日益重要的角色。利用前沿的计算机架构开发高性能量子化学软件,也受到软件开发者的广泛关注。近年来,随着GPU等加速部件展现出越来越强大的计算能力,异构计算也逐渐成为了量子化学软件的研究热点。本文介绍了异构计算技术的软硬件基础;综述了异构计算技术在计算化学,尤其是量子化学领域最新的研究进展和应用,涉及基于图形处理器(GPU)、协处理器(co-processor)的计算加速;并简要介绍了应用异构计算技术的相关量子化学软件。从这些研究的发展中我们可以看出,异构计算已经成为加速量子化学计算的巨大推动力量。对于诸多著名量子化学软件,其辉煌成就已成为了某种意义上的"历史负担",而异构计算为量子化学软件跨越式发展提供的机遇使得该应用领域国产软件的研发恰逢其时。

四种肿瘤体细胞单核苷酸突变检测方法的比较

随着高通量测序成本的不断降低,基于DNA测序技术的肿瘤基因组研究已经成为揭示肿瘤分子机制的主流方法,并在临床诊断和治疗中逐渐得到应用。肿瘤体细胞单核苷酸突变变异(single nucleotide variant,SNV)作为最简单的一种基因变异类型,其检测会受到家系多态性、肿瘤异质性、测序和分析误差等多个因素的影响,从而导致一些假阳性的结果。目前,已有一些基于肿瘤基因组测序数据的体细胞SNV检测软件,如Varscan2,Mutect2,Strelka,Somatic Sniper等。本文选取四种典型的检测方法,对每种方法的检测原理进行研究,并使用ICGC-TCGA提供的全基因组数据,对上述四种变异检测软件进行测试。参照每种方法的分析流程,获得每种方法识别的候选变异位点集,并与真实的变异位点集合进行比较,分析每种算法的优缺点,从而为研究人员使用这些方法提供指导。