幾天來，一則科學(xué)新聞引起了國內(nèi)外的關(guān)注。北京師范大學(xué)天文系張同杰教授團隊在國家超級計算廣州中心（下稱“超算中心”）“天河二號”上，模擬了宇宙從大爆炸之后1600萬年開始至今的約137億年的漫長演化過程。為此，記者來到位于廣州大學(xué)城的超算中心，請超算中心主任袁學(xué)鋒先生對此進行深入解讀。

　　揭示中微子對宇宙形成的影響

　　袁學(xué)鋒主任一見面就對記者說，這次張同杰團隊的計算是在春節(jié)期間完成的。其實還有許多數(shù)據(jù)正在處理中，最后的結(jié)果還沒有完全出來。這是一次全世界史無前例的超級計算。袁學(xué)鋒為我們解釋，這次在“天河二號”上模擬宇宙大爆炸之后1600萬年至今的演化過程，主要是通過中微子、暗物質(zhì)，以及中微子與暗物質(zhì)的比對來計算的。

　　關(guān)于中微子，袁學(xué)鋒說，在粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型中有三類中微子，1998年中微子振蕩實驗現(xiàn)象表明其質(zhì)量不為零， 但是利用物理實驗測量中微子的質(zhì)量非常困難。目前地面中微子振蕩實驗給出了三類中微子的質(zhì)量的平方差；宇宙學(xué)的觀測也只能評估中微子的總質(zhì)量上限值。2012年，由我國高能所王貽芳所長主持的大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗發(fā)現(xiàn)了中微子第三種振蕩模式， 被國際粒子物理界評價為“開啟了未來中微子物理研究的大門”。預(yù)計2019年底建成并投入運行的江門中微子實驗，力圖解決中微子研究領(lǐng)域的下一個熱點和重大問題：中微子質(zhì)量順序。迄今為止物理實驗和宇宙學(xué)觀測都不能測量中微子質(zhì)量順序和每一類中微子的絕對質(zhì)量，因此中微子質(zhì)量是物理學(xué)與天體物理宇宙學(xué)中亟待解決的重大問題之一。

　　宇宙中微子由于其速度相對于暗物質(zhì)而言較高， 因此會通過中微子自由穿梭效應(yīng)影響宇宙在小尺度上形成的結(jié)構(gòu)。與純暗物質(zhì)形成的宇宙結(jié)構(gòu)不同，結(jié)果體現(xiàn)在中微子會壓低小尺度結(jié)構(gòu)的功率譜，不同質(zhì)量的中微子其壓低程度也不同。有質(zhì)量中微子的宇宙學(xué)效應(yīng)要求在暗物質(zhì)存在條件下精確計算其非線性結(jié)構(gòu)演化和功率譜，并且需要利用極大數(shù)目的粒子進行模擬以降低中微子分布的泊松噪聲，達(dá)到區(qū)分不同質(zhì)量的中微子的宇宙學(xué)效應(yīng)，這就對計算機內(nèi)存和計算速度有更高的要求?！疤旌佣枴背売嬎銠C就能滿足這樣的要求。

　　“天河二號”超級計算機是世界上最快的計算機，具有5.49億億次/秒的峰值浮點運算速度、1.4P的內(nèi)存、12.4P的硬盤存儲和16000個節(jié)點（超過300萬個Intel計算核）的高性能，曾經(jīng)連續(xù)4次登上國際TOP500組織公布的最新全球超級計算機500強排行榜榜首?！疤旌佣枴背売嬎銠C能夠克服上述計算困難，運行粒子數(shù)超世界紀(jì)錄的宇宙學(xué)高分辨率數(shù)值模擬，已實現(xiàn)區(qū)分不同中微子質(zhì)量的宇宙學(xué)效應(yīng)的目的。

　　可望獲得中微子研究的世界級成果

　　袁學(xué)鋒告訴記者，超算中心成立不久，于2013年12月就組建了以北京師范大學(xué)天文系張同杰宇宙學(xué)團隊作為首席單位，加拿大理論天體物理研究所（Canadian Institute for Theoretical Astrophysics）的Ue-Li Pen宇宙學(xué)團隊，北京大學(xué)KIAA 與CITA聯(lián)合博士后于浩然團隊，中科院高能物理研究所邢志忠中微子理論研究團隊，國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)計算機科學(xué)團隊（廖湘科、杜云飛等）聯(lián)合提出了旨在利用精確宇宙學(xué)數(shù)值模擬研究宇宙中微子的宇宙學(xué)研究團隊。該團隊利用宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的N體數(shù)值模擬程序，使用我國的超級計算機運行世界上最大的3萬億粒子數(shù)的暗物質(zhì)和中微子數(shù)值模擬，以期待配合未來的宇宙學(xué)觀測數(shù)據(jù)，在國際上率先在中微子質(zhì)量順序及其絕對質(zhì)量的限制上取得突破。

　　袁學(xué)鋒說，利用2015年大學(xué)寒假期間，宇宙學(xué)研究團隊啟用了“天河二號”全系統(tǒng)中的1萬4千個結(jié)點，共計運算50多個小時，成功地運行了含有中微子和暗物質(zhì)的3萬億粒子數(shù)的宇宙學(xué)數(shù)值模擬， 遠(yuǎn)超之前1.5萬億粒子數(shù)的世界紀(jì)錄，成為目前世界上運行粒子數(shù)最多的N體數(shù)值模擬。團隊在“天河二號”上模擬了宇宙從大爆炸之后1600萬年開始至今天的約137億年的漫長演化過程，產(chǎn)生了大于PB級的科學(xué)數(shù)據(jù)。在運算過程中，“天河二號”1萬4千個結(jié)點連續(xù)10小時開展宇宙中微子計算而不出故障，再一次體現(xiàn)了“天河二號”的穩(wěn)定可靠。

　　目前計算結(jié)果正在分析之中，期待著在不久的將來能夠利用模擬出的結(jié)果揭示中微子在宇宙演化中作用的詳細(xì)細(xì)節(jié)，進一步在宇宙中微子質(zhì)量順序及其絕對質(zhì)量限制上取得重要進展。這將會使我國科學(xué)家繼發(fā)現(xiàn)中微子第三種振蕩模式之后再次在中微子研究方面取得世界級成果，這對于中國宇宙學(xué)數(shù)值模擬研究和“天河二號”超級計算機的科學(xué)應(yīng)用具有重要的劃時代的意義。

　　袁學(xué)鋒還特別指出，由于留在“天河二號”中的關(guān)于中微子的數(shù)值模擬數(shù)據(jù)在世界上是獨一無二的，科研用戶基于此數(shù)據(jù)還可以開展一系列其他關(guān)于中微子對宇宙結(jié)構(gòu)形成的影響的科學(xué)研究，科學(xué)成果將會在國際宇宙學(xué)界產(chǎn)生影響。廣州超算中心將以此為契機，啟動宇宙科學(xué)領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)匯聚、存儲、管理、分析和應(yīng)用服務(wù)。

　　開辟云超算時代

　　“天河二號”集高性能計算、大數(shù)據(jù)分析和云計算于一體，是具有鮮明“云超算”特征及資源和性能優(yōu)勢的超級計算機系統(tǒng)。作為國家信息化建設(shè)的大基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)平臺，廣州超算中心肩負(fù)五項使命：一是加速學(xué)科交叉和信息化發(fā)展，促進原始創(chuàng)新；二是加速產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與融合，孕育新興產(chǎn)業(yè)；三是匯聚世界一流智力，培養(yǎng)復(fù)合型人才；四是支撐智慧城市建設(shè)，造就信息化社會；五是探索市場化科技服務(wù)新體制。成功完成含有中微子和暗物質(zhì)的3萬億粒子數(shù)的宇宙學(xué)數(shù)值模擬只是“天河二號”在大科學(xué)領(lǐng)域里又一個典型應(yīng)用實例。廣州超算中心全力促進“政產(chǎn)學(xué)研用”深度結(jié)合，著力突破學(xué)科與行業(yè)間的壁壘，積極營造云超算創(chuàng)新生態(tài)圈，加速建設(shè)六大云超算應(yīng)用服務(wù)平臺，即材料科學(xué)與工程計算平臺、生物計算與個性化醫(yī)療平臺、裝備的全數(shù)字設(shè)計與制造平臺、能源及相關(guān)技術(shù)數(shù)字化設(shè)計平臺、天文地球科學(xué)與環(huán)境工程平臺、智慧城市大數(shù)據(jù)和云計算平臺。同時積極促進高性能計算、大數(shù)據(jù)和云計算應(yīng)用與多學(xué)科、多行業(yè)領(lǐng)域的深度融合以及應(yīng)用成果轉(zhuǎn)化，大力提高自主創(chuàng)新能力，大膽探索寓高性能計算于云平臺的市場化服務(wù)模式，加強互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在云超算服務(wù)中的應(yīng)用深度和廣度，催生新穎業(yè)態(tài)，大力培育用戶互連網(wǎng)創(chuàng)客社區(qū)，營造利用“天河二號”云超算平臺開展“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的新局面，努力打造涌現(xiàn)智慧產(chǎn)品的“夢工坊”，著力開辟“互聯(lián)網(wǎng)+”經(jīng)濟的云超算時代。

　　（科技日報廣州5月17日電）