赵效民:其实网友还是不太了解超算对于材料科学来说是一个工具的说法,我们可以举一个例子,我们上中学或者上小学都会用到显微镜,我们知道显微镜探索微观世界必备的工具,其实刚才王老师谈到纳米的技术,纳米技术伴随着电子显微镜的发展,我们看到纳米世界到底怎么样的情况?超算可以模拟出一个结果,但是真正产品出来以后我要观察这个产品到底怎么样通过电子显微镜去观察?我们可不可以这样认为如果显微镜为科研工作者打开了一个微观世界,超算其实为科研工作者打开了一个未来想象空间,我可以这样认为吗?
张平:可以这样认为。
赵效民:超算可以增加一个想象,把这个物质跟这个物质分子上,原子上去整合匹配一下,诞生出一个新的产品出来?会不会给您一个想象空间出来?
张平:是的,大家知道材料科学是非常有魅力的,他的魅力在于把100多种元素按照我们的想法把这个元素组合成尽可能多的方式满足这个生产生活的需要。
赵效民:其实您现在所做的工作就是拿超算的大机器然后去找哪些东西能匹配出我需要的需求。大家都在研究这个东西。
张平:是的。
赵效民:王老师您对全球超算也比较了解,能不能给我们说说全球超算在材料科学研究领域里面的他的目前的一些规模,比如运算量,具体的哪些国家比较领先?
王涛:取决于超级计算机的规模,比如说现在排名前十的国外超级计算机,一般的计算规模体现在数十万个核,甚至数百万个核,我所说的核是CPU处理单元这么一个单位计算同样一个任务,这样一个任务什么好处呢?当我设计一个材料的时候?当我需要知道更精细的作用,我用的方法更准确,或者这个材料体系更大的时候他的计算量越来越大,这个计算量情况下必须用超大规模的机械来模拟这样一个东西,当然如果说你用的方法比较简单,用牛顿力学的方法,涉及到很小的材料你可能用小规模的机械,你越模拟跟现实越接近,越是产品化的东西,计算规模越来越上去,计算量越来越大。
就像您刚才讲的每个人他的想象力的空间,是把各个原子组合起来的,试验把合生出来那个成本太大了,每想一个我不知道什么样子,我用计算机模拟我可能用一天的时间把他算出来,我换一个花一天的时间,那个成本很小,而且很快找到符合你需要的东西。现在国内国外超级计算机在材料科学主要的差距不是人们想法上的差距,每个人创新的意识,国内科学家和国外科学家差距不大,唯一差距就是我们计算规模和国外计算规模还是有差距的,尽管“天河一号”曾经拿到世界第一了,他已经给我们提供了很大的计算资源,但是能用上这个计算资源的科学家不多,这个资源非常有限,很多人想用,但是资源就这么一台,怎么用?美国他超大规模的计算机非常大,基本上前几年排名前第一或者前十名的计算机百分之七八十都是美国的,所以他的科研工作做得非常好,大家都有机会,有这么多计算资源使用计算资源做科研工作。
赵效民:听您说这个感觉,感觉我不知道张老师是不是有这种感觉,科研也像一个战场,各个国家也在竞争,不是说枪炮之争超算这个工具也算武器,有的国家超算水平只能说是炻器时代或者冷兵器时代,像美国已经到核武器时代了。
张平:您这个比喻非常形象,我完全可以接受。
赵效民:张老师您自己评价一下您自己拿的什么武器?
张平:我现在很惭愧,现在国内计算材料的软件程序甚至包括我们的平台很多大部分都是国外的一些软件,我们在这方面特别在材料设计方面的品牌建设方面我们和欧美、和日本有不小得差距。
赵效民:我们老说计算能力,计算能力,地球上的元素就是那么多,排列组合有那么大计算量能算到一辈子,能算到无止境?
张平:是的,应该是无止境的,我们可以举一个例子,比如说我们要研发飞机,喷气发动机的飞机发动机的涡轮叶片耐高温的核心材料,这种核心材料一般都是四种或者五种金属材料还有其他材料搀杂进行合解,我们从一百种里面选一种就是一百种,再从一百里面选一种就是一百种,乘起来就是一万种,再选一百种就是一百万种,如果是五元核心话大家有多少种,每种元素比例还都一样,比例成份还不一样,我们研究他们对温度的响应等等。
赵效民:大家明确了材料对材料科学来说很大模拟的设备,模拟未来可能的按一种东西。如果你还不明白就像我们玩电脑玩PS,你试试比如我的鼻子放在李宇春的脸上会是什么效果,比如说姚明的脑袋放在我身上什么效果,你用PS就知道,所以这个超算就是给我们提供了这么一个很好的探索未来的一个工具,就像一个哈勃望远镜一样的,我们可能永远达不到去不了一百亿光年以外的空间里面,但是通过这个望远镜我们可以看到一百亿光年以外的到底是什么样子?所以说的确给我们有很多的想象空间。说到科幻今天有一部非常著名的美国大片上映,《超级战舰》讲美国海军跟外星人在海战的情景,刚才您也说了您重点研究国防领域的我就特别感兴趣,请两位聊一聊我们超算跟材料科学结合的一个比较好的例子,成果或者你们好的一些故事跟我们分享一下?
张平:从我的研究经历来说在非常极端的条件下,什么极端就是温度非常高,或者压力非常高,压力压到什么程度?一个大拇指大小的容器里面可以装上一公斤重的氢,氢是地球上最轻的元素,如果大拇指大小的容器装上一公斤的氢大家可以想像氢受到的压力多大?大概有一千亿个大气压这么大,我们可以看到氢再这样大的压力下,在很高的温度下可以达到一千万度甚至上亿度氢会有什么样的效能,这个很新能源,比如说聚变能源有非常紧密的关系,认识到这种材料在这种特殊环境下物质的状态对我们未来开发聚变能源是非常有帮助的,这一块目前超算对这块研究是推动非常大的。
赵效民:我觉得您研究这个材料我穿上这个是不是可以上太阳看看了。王老师呢?
王涛:我这里有非常多的例子,因为在上海超算中心科学家们从事的行业各种各样,比如说我们都知道石棉,石棉对人体有伤害,为什么对人体有伤害?这个成果去年2011年中科院一位科学家把这个原因解释出来了,他的意思是说我们人体的细胞接触到失眠尖端的时候他认为是一个小东西,把他吞进去,吞到一半的时候发现情况不秒,失眠是一个很长的东西,吞不下去,于是报警了告诉你的细胞说我中毒了,白细胞消灭掉,可是消灭不掉,说是细胞明明知道这么长,吞不下为什么吞?是因为前面圆弧形状导致细胞认为可以吞到,如果换一个尖端换一个平的他可能就不吞了。
再举一个例子,比如说我们用的锂电池,也是去年的应用物理科学家做的工作,通过做成纳米级的锂电池,就可以做成纳米级别的锂电池,在纳米通道上把锂离子做出来,就可以做成纳米级的锂电池。这是一个方面,另外一个方面比如说催化材料,比如说我们做石油,我们知道汽油它是氢能源危机,大家知道汽油价格越来越贵,一个很好的办法,很好的办法,很高效的催化剂把沥青变成汽油,现在手段不太好,可能转化率比较低,用更好的催化剂转化成汽油油价不就降下来了嘛。比如说新能源领域,太阳能电池,太阳能电池对光的吸收转化率不高,这么多太阳能照下来多少能够变成电能,如果再上面设计成一些很好的涂料图上去能够吸收转化率,这个图上去怎么设计,分子怎么设计,他的转化率就会比较高一点,这样工作是我们超算中心和美国科学家合作做过这样一个事情,目前的转化率就已经非常高了。
您讲的隐形材料当然这属于军事涉秘,在我们超算中心不涉及到,还有另外一个燃料电池,甲醇是一种有可能转化为燃料电池的材料之一,但是甲醇氢气产生出来变成可然气体,也是前两年清华大学做的一项工作,他发现了甲醇脱氢的一个机理,设计出了非常好的催化剂,效率越来越高,所以说在材料科学里面通过计算发现很多人们不知道的事情,能明白人们只看到现象,知其然不知道所以然,现在通过超级计算大家知道他为什么会这样 。
赵效民:我觉得两位嘉宾说得非常精彩,让我们切实感受到材料科学的进步对我们生活当中的帮助。我们看到材料科学的进步后面的超算作为一个千万级的工具所产生的作用。我是不是可以用一句话来总结一下,如果材料无处不在的话,我们也可以认为超算是无处不在的。
张平:将来有可能达到这个状态。
赵效民:今天我们回到超算的话题,今天的确在大学生超算大赛现场,所以说谈谈大赛吧,两位对这次首届中国大学生超算大赛有什么感想?
张平:首先我非常高兴听说有这样一次大赛现在如火如荼的开展,这次大赛专门关于材料设计方面的竞赛,对CP2K这两个软件都是欧洲软件开发的,他们用在材料设计方面,他们的原理都是量子学原理设计新型的材料,这次大赛可能会推动国内的年轻人进一步开发出我们国家自主产权的高性能材料计算,材料设计软件能够在这方面能够起到很好的推动作用,衷心的希望这次大赛在这方面取得进展。
王涛:我觉得这次高性能计算大赛是中国第一季做这样的事情,我觉得非常有意义,而且早就应该进行这样的工作,这是浪潮集团做的,是做得非常好的事情,为什么呢?因为我们超算中心基本上每年都参加美国的超级计算大会和德国的超级计算大会,每年都会有大学生超级计算大赛,那么在那里面我看到的华人的面孔很少,每年组委会跟我们说你们中国那么大,超级计算越来越多,为什么不培养年轻人对这个东西的兴趣,不派年轻人参加这个活动,我觉得这次活动是非常非常有意义的活动,让大学生对超级计算——因为以前涉及到计算模拟往往都是研究生的时候做课题的时候接触到这个东西,在本科生的时候接触不到,在国外很多本科生就已经接触到这个东西了,我们跟他们的差距已经有了,通过这次比赛促使很多本科生阶段对超级计算有一定的兴趣,他能够投入更多的时间和更多的精力去研究这个事情或者关注这个事情,我相信这是非常非常有意义的事情,对国内高性能计算事业的发展是很大的推动作用。我相信在将来的时间里面,随着我们计算技术的进步,所谓计算技术就是我们的计算方法,我们发现了或者发明了更准确的计算方法,更高效率的计算软件,我们造出了更强有力的计算机,并行效率更好或者计算能力更高的计算机,我们相信我们在将来的实践里面我们所有的材料或者相关的东西都可以通过计算模拟的手段算出来,之所以现在通过试验来验证是因为计算手段不够好,如果将来我们的计算技术得到更好的发展,我们不需要通过计算试验,计算机说你是对的,你都不用去试你就是对的,计算机说他是这样子他就是这样子,你都不用去试。
赵效民:又给我们展开了新得更多联想。我们也知道这次首届中国大学生超算比赛也是ISC12年度的国际大学生超算比赛的中国区的预算赛,中国区的冠亚军代表中国参加6月份在德国汉堡举行的总决赛,这个结果应该是明天就能出来,两位为我们未来的代表中国参加冠亚军的队伍送上一句祝福。
张平:衷心祝福他们未来的事业中取得好名次,然后继续保持比赛的状态,尽快开发出我们国家具有自主知识产权,具有高度创新意义的超算方面的产品来。
王涛:我祝愿他们在ISC的大学生高性能计算赛上发挥自己的水平,多多学习国外相关计算的经验,在将来的研究和工作中能够尽可能的推动高性能计算事业的发展。
赵效民:好,到此结本本期的视频节目告一段落了,非常感谢两位嘉宾给我们带来非常美妙的材料科学的世界,希望更多的网友,更多的年轻的学生对此感兴趣,加入到材料科学的科研队伍中,我们说到材料无处不在,如果想让生活变得更好,我们的确研制出更好,更优秀的材料,再次感谢两位嘉宾今天作客我们的节目,感谢网友的收看谢谢大家!