前沿动态

俄科学家开发出可用于空气动力学的高精度计算技术

俄罗斯科学院发布消息称，俄罗斯科学院信息学与控制联邦研究中心下属的A.A.多罗德尼齐计算中心研发了一种新的高精度计算技术，可用来解决空气动力学和其他应用问题，比如，发动机降噪。这项研究得到了俄罗斯科学基金会的资助，研究成果已发表在荷兰《模拟中的数学与计算机》杂志上。

为了用计算机和超级计算机模拟空气流体动力学的过程，俄科学家研究出多算子方法。当电子计算机对物理过程进行数值模拟时，描述这些过程的方程用代数方程代替，物理过程被简化为完成算术运算。计算结果就是该过程在研究区域给定点上的参数值。代数方程可以用算子编写，算子是按公式进行数学运算的符号表示。这些公式规定了需要执行哪些算术运算，公式的精度最终确定了所得解的精度。数学上精度的特点是“数量级”，当该区域给定点的数目增加时，这些数量级能快速地减少得数的误差。因此，当点的数目确定时，数量级数越多精度就越高。

提高数值模拟的精度是现代计算空气流体动力学发展的重点方向之一。提高数量级的传统方法是对求得算子的公式复杂化，但解决实际问题会存在一定的困难和局限性。用多算子方法提高数量级是采用了众多算子的组合，这些算子由结构非常简单的同一公式求得，但一些参数的值不同，这些组合称为多算子。因此，算子越多，所得到的数量级就容易更高。该中心研发的多算子方法保证了非常高的数值模拟精度。此外，在物理过程数值模拟时，因选择了最佳的参数值，采用多算子可以更好地“看到”物理过程在很长一段时间内的细节及其发展。

科学家开发的这种全新的计算技术即多算子方法对各种物理过程进行数值模拟的精度比用原有的数值方法要高得多，在国际上属于首创，已用来解决空气流体动力学问题和采用传统方法效果不佳的一些问题，诸如：降低飞机发动机和绕流部件的噪音、湍流、高超音速流动的数值模拟等问题。此外，这种技术还可以用在对气候现象数值模拟、燃烧过程的数值研究等其他领域。

欧盟委员会发布HPC最佳使用案例报告

近日，欧盟委员会发布高性能计算（HPC）最佳使用案例报告。HPC是数字时代重大进步和创新的核心，极大提高了处理大数据和执行复杂计算的能力，这对于科学或工业的众多领域至关重要。同时，HPC也是了解和回应公民在现代社会日益增长的顾虑的重要工具。HPC正在促使新疗法取得重大进展：科学家们非常依赖HPC来理解疾病的性质，发现新药物，并转向精准医疗，从而根据病人的具体需求定制治疗方案。下面重点介绍一项医疗领域的HPC案例。

案例：从仿真和排序到个性化医疗领域：个性化和精准医疗国家、城市：斯洛维尼亚、卢布尔雅那机构：斯洛维尼亚国家化学研究所、卢布尔雅那大学医学院

HPC用于模拟化学反应以更好地了解神经紊乱并开发精准治疗。分子模拟能帮助理解生物分子系统的结构和功能。例如，涉及神经递质代谢的化学反应模拟可帮助理解单胺氧化酶的活性变化及其如何与抑郁症和自闭症等神经疾病相关联。它还显示氧化应激如何影响帕金森或阿尔茨海默等神经退行性疾病的发展。要获得对化学过程非常详细的见解和基因组医疗数据，需要大规模的计算能力，并可用于准确预测由人类基因组变异导致的酶活性变化。

确定人类疾病的遗传原因是精准医疗的基石，并能为患者提供预防性、预测性和个性化管理。过去十年，人类疾病遗传学已经被新的基因组技术转化，现在允许对整个人类基因组进行无障碍测序。斯洛维尼亚迅速将这些技术引入常规医疗诊断，彻底改变了患有罕见疾病患者的基因检测。为了确保这些新技术所产生大量数据的快速分析，需要合作使用国家超级计算机设施。

斯洛维尼亚的医生使用超算基础设施来大规模加速基因诊断，从一个多月到几天，有时甚至是一天。超级计算机的使用还可以对遗传物质进行更全面的分析，这对于诊断严重癫痫患者、危重新生儿、产前诊断以及精准治疗罕见疾病患者至关重要。这些新颖的方法也是人类遗传学领域新发现的推动力，包括近年来超过一千多种人类疾病新基因的鉴定。

英国发布《计算模拟：技术未来》报告

2018年2月20日，英国政府科学办公室与英国科技理事会共同发布题为《计算模拟：技术未来》的报告，回顾了英国计算模拟能力的快速发展，并分析了应如何将计算模拟更好地用于公共部门和私营部门。

报告指出，建模技术正在以极快的速度发展，部分具有巨大市场的部门正在推动这种发展。其中之一就是游戏，大多数人的兴趣已经从真实世界的游戏转移至计算机游戏和虚拟现实游戏。英国虚拟现实初创企业Improbable获得了软银5亿美元的投资。其他驱动建模和模拟技术发展的部门包括高性能工程与建筑，例如，汽车或飞机的零件在制造前要经过模拟、测试和优化。建模还被用做决策工具为企业确定发展方向提供支持。所有驱动建模技术发展的因素中，首推机器学习与人工智能技术。此外，着眼未来，若量子计算的愿景一旦实现，计算模拟还将发生更深刻的变革。

报告针对如何更好地应用计算模拟提出了相应的建议：

1 决策者应考虑如何使用模型进行分析以便为做出困难的决策提供帮助。

2 决策者需要成为理解力强的模型用户，而模型供应者应

为模型用户提供适当的指导，帮助他们正确使用模型和解释结果。这包括提供合适的模型文档，详细描述模型的目的、假设、敏感性和局限性，以及适当质量保证的证据。

3 作为产业战略实施的一部分，商业、能源与产业战略部（BEIS）应与英国科研界、商界、学术团体合作，考虑如何支持技能发展、科研和创新，以确保英国立足于先进模拟技术的前沿。

4 政府应考虑是否需要建立一个面向公私部门的专业的模拟中心，以促进专业知识的交流和独立的模型评估。

5 政府与企业应考虑如何治理、且在必要时如何监管先进的复杂系统模型的使用。

6 能对重要基础设施、供应品、货物或服务造成影响的模型用户应确保模型可用于测试相关系统面对冲击或障碍的弹性。

7 用于控制复杂系统的模型、传感器和其他组件应默认是安全的，它们应能抵御网络攻击等威胁。在此方面，标准与测试框架的开放，以及深入研究和视野开拓将变得越来越重要。这也为英国创造了机遇。

新加坡发布《网络安全法案》防范网络攻击

2018年2月9日，新加坡国会通过《网络安全法案》，旨在加强保护提供基本服务的计算机系统，防范网络攻击。法案提出针对关键信息基础设施（CII）的监管框架，并明确了CII所有者确保网络安全的职责。能源、电信、供水、卫生、银行、交通、媒体等行业组织可能受到影响。法案授权新加坡网络安全局（CSA）管理和响应网络安全威胁和事件，并建立网络安全信息共享框架。

根据该法案，直接为国家安全、国防、外交关系、经济、公共卫生、公共安全或公共秩序提供基本服务的计算机系统所有者必须通报系统相关网络安全事件，并履行其他法定义务。CII所有者必须遵守行为准则，符合行业标准，进行网络安全审计和风险评估工作，并参与网络安全演习。若CII所有者履行义务，将不会因网络安全事件面临惩罚，但违例者将面临最高10万新元的罚款，或两年监禁，亦或二者并罚。