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平方公里阵列射电望远镜背后的科学数据处理

[ 录入者:linq | 时间:2015-05-22 21:39:52 | 作者:飞飞 编译 | 来源:新浪科技 | 浏览:1473次 ]

平方公里阵列射电望远镜

数量多达3000个的碟形天线
数量多达3000个的碟形天线
 
SKA建造的目的是为了解答目前困扰科学界的众多问题,如关于第一代天体如何形成、星系演化、宇宙磁场、引力的本质、地外生命与地外文明、暗物质和暗能量等。
SKA建造的目的是为了解答目前困扰科学界的众多问题,如关于第一代天体如何形成、星系演化、宇宙磁场、引力的本质、地外生命与地外文明、暗物质和暗能量等。
 
SKA科学计算平台负责人Chris Broekema在ASC15世界大学生超级计算机竞赛上鼓励更多人关注超算
SKA科学计算平台负责人Chris Broekema在ASC15世界大学生超级计算机竞赛上鼓励更多人关注超算

新浪科技讯 5月21日消息,SKA(平方公里阵列射电望远镜)是国际上即将建造的最大综合孔径射电望远镜,由数量多达3000个的碟形天线构成。整个阵列中大约50%的望远镜天线位于中央核心区的5公里半径内,另外的25%将外延至200公里范围,最后的25%将延伸超过3000公里,最终所有望远镜被等效为一个反射面积高达1平方公里的超大望远镜。SKA建造的目的是为了解答目前困扰科学界的众多问题,如关于第一代天体如何形成、星系演化、宇宙磁场、引力的本质、地外生命与地外文明、暗物质和暗能量等。其中,关于宇宙起源、引力本质、暗物质的探索等,都是目前物理领域最前沿的问题,一旦有所突破,很有可能会诞生一批可获得“诺贝尔奖”的新理论、新成果。

“SKA科学数据处理研讨会”上,SKA科学计算平台负责人Chris Broekema介绍,SKA预计2018年开始建设,2020年初步完成,开始第一阶段建设,计划运行50年。SKA建成后,将比目前最大厘米波综合孔径望远镜JVLA灵敏度提高50倍,搜寻速度提高10000倍。目前SKA已完成初步设计与审阅工作,下面将进行进一步研发。另外,综合考虑静电以及当地人口密度等因素,SKA望远镜计划将安装于南非和澳大利亚沙漠中,并分别在开普敦和珀斯建立数据中心,以接收处理SKA产生的海量数据。

针对“SKA(平方公里阵列射电望远镜)”这一全球最大的天文学国际合作项目的科学计算平台,如何寻找一种更加高性能低能耗的计算架构,来应对全球最大“大数据”项目的科学数据处理挑战成为关键问题。SKA的研究极度依赖于超级计算技术的支撑,每秒采集的数据量计划大于12Tb,相当于2013年底中国互联网国际出口带宽的3.5倍,相当于谷歌每年数据量的30倍。这需要百亿亿次级别的超级计算机才能完成科学数据处理,相当于目前全球最快超级计算机天河2号性能的52倍。按现有的计算架构设计,这样的超级计算机不仅投资巨大,单每年的电费支出就将是一笔天文数字。目前,包括天线、超算、基建等在内,SKA的总预算高达6.5亿欧元(约44.9亿元人民币)。

SKA超大的数据规模对现有计算技术和架构提出极大的挑战,迫切需要更先进的计算架构来完成数据处理工作。目前在太原理工大学举办的ASC15世界大学生超级计算机竞赛专门为SKA设置了针对该应用的优化赛题,以激发全球各国超算年轻天才共同来解决这一难题。16只全世界代表队的大学生利用浪潮服务器针对SKA项目中计算量最大、最耗时的数据处理软件Gridding展开并行优化工作,目前来看,各参赛大学生团队的成绩很优秀,目前最好的成绩可以达到相比原应用性能提升了600倍,完成同等规模数据处理的系统功耗降低至原来的1/20。对Gridding的优化有助于提高SKA性能,进而降低能耗,最终达到高性能低能耗的目标。

  作为SKA首创国之一,中国在SKA发起、工程概念提出、台址选择、国际合作推进及高性能天线设计等诸多方面做出了贡献。SKA涉及众多基础研究和高新技术领域,是我国继国际热核聚变实验堆(ITER)计划后作为正式成员参加的第二个国际大科学工程。(飞飞)

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