前沿動態

俄科學家開發出可用于空氣動力學的高精度計算技術

俄羅斯科學院發布消息稱，俄羅斯科學院信息學與控制聯邦研究中心下屬的A.A.多羅德尼齊計算中心研發了一種新的高精度計算技術，可用來解決空氣動力學和其他應用問題，比如，發動機降噪。這項研究得到了俄羅斯科學基金會的資助，研究成果已發表在荷蘭《模擬中的數學與計算機》雜志上。

為了用計算機和超級計算機模擬空氣流體動力學的過程，俄科學家研究出多算子方法。當電子計算機對物理過程進行數值模擬時，描述這些過程的方程用代數方程代替，物理過程被簡化為完成算術運算。計算結果就是該過程在研究區域給定點上的參數值。代數方程可以用算子編寫，算子是按公式進行數學運算的符號表示。這些公式規定了需要執行哪些算術運算，公式的精度最終確定了所得解的精度。數學上精度的特點是“數量級”，當該區域給定點的數目增加時，這些數量級能快速地減少得數的誤差。因此，當點的數目確定時，數量級數越多精度就越高。

提高數值模擬的精度是現代計算空氣流體動力學發展的重點方向之一。提高數量級的傳統方法是對求得算子的公式復雜化，但解決實際問題會存在一定的困難和局限性。用多算子方法提高數量級是采用了眾多算子的組合，這些算子由結構非常簡單的同一公式求得，但一些參數的值不同，這些組合稱為多算子。因此，算子越多，所得到的數量級就容易更高。該中心研發的多算子方法保證了非常高的數值模擬精度。此外，在物理過程數值模擬時，因選擇了最佳的參數值，采用多算子可以更好地“看到”物理過程在很長一段時間內的細節及其發展。

科學家開發的這種全新的計算技術即多算子方法對各種物理過程進行數值模擬的精度比用原有的數值方法要高得多，在國際上屬于首創，已用來解決空氣流體動力學問題和采用傳統方法效果不佳的一些問題，諸如：降低飛機發動機和繞流部件的噪音、湍流、高超音速流動的數值模擬等問題。此外，這種技術還可以用在對氣候現象數值模擬、燃燒過程的數值研究等其他領域。

歐盟委員會發布HPC最佳使用案例報告

近日，歐盟委員會發布高性能計算（HPC）最佳使用案例報告。HPC是數字時代重大進步和創新的核心，極大提高了處理大數據和執行復雜計算的能力，這對于科學或工業的眾多領域至關重要。同時，HPC也是了解和回應公民在現代社會日益增長的顧慮的重要工具。HPC正在促使新療法取得重大進展：科學家們非常依賴HPC來理解疾病的性質，發現新藥物，并轉向精準醫療，從而根據病人的具體需求定制治療方案。下面重點介紹一項醫療領域的HPC案例。

案例：從仿真和排序到個性化醫療領域：個性化和精準醫療國家、城市：斯洛維尼亞、盧布爾雅那機構：斯洛維尼亞國家化學研究所、盧布爾雅那大學醫學院

HPC用于模擬化學反應以更好地了解神經紊亂并開發精準治療。分子模擬能幫助理解生物分子系統的結構和功能。例如，涉及神經遞質代謝的化學反應模擬可幫助理解單胺氧化酶的活性變化及其如何與抑郁癥和自閉癥等神經疾病相關聯。它還顯示氧化應激如何影響帕金森或阿爾茨海默等神經退行性疾病的發展。要獲得對化學過程非常詳細的見解和基因組醫療數據，需要大規模的計算能力，并可用于準確預測由人類基因組變異導致的酶活性變化。

確定人類疾病的遺傳原因是精準醫療的基石，并能為患者提供預防性、預測性和個性化管理。過去十年，人類疾病遺傳學已經被新的基因組技術轉化，現在允許對整個人類基因組進行無障礙測序。斯洛維尼亞迅速將這些技術引入常規醫療診斷，徹底改變了患有罕見疾病患者的基因檢測。為了確保這些新技術所產生大量數據的快速分析，需要合作使用國家超級計算機設施。

斯洛維尼亞的醫生使用超算基礎設施來大規模加速基因診斷，從一個多月到幾天，有時甚至是一天。超級計算機的使用還可以對遺傳物質進行更全面的分析，這對于診斷嚴重癲癇患者、危重新生兒、產前診斷以及精準治療罕見疾病患者至關重要。這些新穎的方法也是人類遺傳學領域新發現的推動力，包括近年來超過一千多種人類疾病新基因的鑒定。

英國發布《計算模擬：技術未來》報告

2018年2月20日，英國政府科學辦公室與英國科技理事會共同發布題為《計算模擬：技術未來》的報告，回顧了英國計算模擬能力的快速發展，并分析了應如何將計算模擬更好地用于公共部門和私營部門。

報告指出，建模技術正在以極快的速度發展，部分具有巨大市場的部門正在推動這種發展。其中之一就是游戲，大多數人的興趣已經從真實世界的游戲轉移至計算機游戲和虛擬現實游戲。英國虛擬現實初創企業Improbable獲得了軟銀5億美元的投資。其他驅動建模和模擬技術發展的部門包括高性能工程與建筑，例如，汽車或飛機的零件在制造前要經過模擬、測試和優化。建模還被用做決策工具為企業確定發展方向提供支持。所有驅動建模技術發展的因素中，首推機器學習與人工智能技術。此外，著眼未來，若量子計算的愿景一旦實現，計算模擬還將發生更深刻的變革。

報告針對如何更好地應用計算模擬提出了相應的建議：

1 決策者應考慮如何使用模型進行分析以便為做出困難的決策提供幫助。

2 決策者需要成為理解力強的模型用戶，而模型供應者應

為模型用戶提供適當的指導，幫助他們正確使用模型和解釋結果。這包括提供合適的模型文檔，詳細描述模型的目的、假設、敏感性和局限性，以及適當質量保證的證據。

3 作為產業戰略實施的一部分，商業、能源與產業戰略部（BEIS）應與英國科研界、商界、學術團體合作，考慮如何支持技能發展、科研和創新，以確保英國立足于先進模擬技術的前沿。

4 政府應考慮是否需要建立一個面向公私部門的專業的模擬中心，以促進專業知識的交流和獨立的模型評估。

5 政府與企業應考慮如何治理、且在必要時如何監管先進的復雜系統模型的使用。

6 能對重要基礎設施、供應品、貨物或服務造成影響的模型用戶應確保模型可用于測試相關系統面對沖擊或障礙的彈性。

7 用于控制復雜系統的模型、傳感器和其他組件應默認是安全的，它們應能抵御網絡攻擊等威脅。在此方面，標準與測試框架的開放，以及深入研究和視野開拓將變得越來越重要。這也為英國創造了機遇。

新加坡發布《網絡安全法案》防范網絡攻擊

2018年2月9日，新加坡國會通過《網絡安全法案》，旨在加強保護提供基本服務的計算機系統，防范網絡攻擊。法案提出針對關鍵信息基礎設施（CII）的監管框架，并明確了CII所有者確保網絡安全的職責。能源、電信、供水、衛生、銀行、交通、媒體等行業組織可能受到影響。法案授權新加坡網絡安全局（CSA）管理和響應網絡安全威脅和事件，并建立網絡安全信息共享框架。

根據該法案，直接為國家安全、國防、外交關系、經濟、公共衛生、公共安全或公共秩序提供基本服務的計算機系統所有者必須通報系統相關網絡安全事件，并履行其他法定義務。CII所有者必須遵守行為準則，符合行業標準，進行網絡安全審計和風險評估工作，并參與網絡安全演習。若CII所有者履行義務，將不會因網絡安全事件面臨懲罰，但違例者將面臨最高10萬新元的罰款，或兩年監禁，亦或二者并罰。