“天河一号”在生命科学研究中的应用

本文首先对高性能计算和"天河一号"超级计算机进行了简要概述。随后详细描述了高性能计算在生命科学领域中的两大重要应用:一个是生物大分子的动力学模拟,介绍用户在"天河一号"取得的一些应用成果和进行的应用性能测试;另一个是生物信息学研究,重点介绍了华大基因在基于"天河一号"开展的GPU并行软件测试取得的良好结果。最后展望了高性能计算在生命科学领域中的发展趋势。     

“天河一号”大规模并行应用程序测试

目前安装在国家超级计算天津中心的"天河一号"是我国首台千万亿次超级计算机,在2010年11月世界超级计算机Top500排名中,位列世界第一。"天河一号"采用了CPU与GPU相结合的异构融合计算体系结构,自主设计实现了高速互连通信系统,在多个高性能计算应用领域具有应用适应性强、系统运行稳定可靠、性能可扩展性好等特点,为科学研究和应用提供了重要的高性能计算平台。采用石油地震数据处理、飞行器流场模拟、生物分子动力学模拟、磁约束聚变数值模拟、湍流数值模拟、晶体硅分子动力学模拟、全球大气浅水波全隐式数值模拟、地球外核热流动数值模拟等应用的典型算例对"天河一号"进行了大规模并行程序测试,结果表明,"天河一号"在上述应用领域具有良好的可扩展性和并行效率。     

精神分裂症易感基因的多位点关联性分析

设计了一个基于精神分裂症多位点相互作用的计算机模型。该模型以MATLAB为开发平台,结合Fisher精确检验,对cPLA2和PNPLA8基因家族的共9个微效易感基因的18个SNPs标记位点进行联合分析,检测精神分裂症阳性位点。结果表明:在13个符合哈代-温伯格平衡(P>0.05)的位点中,检测出rs3816533,rs1668589,rs1356410和rs40848这4个阳性位点,利用SHEsis对阳性位点进行单倍型差异性检验显示,有6个经过位点rs3816533,rs1668589和rs1356410的单倍型和2个经过位点rs40848的单倍型与精神分裂症有关。     

不确定条件下航路点布局优化研究

航路网络(Air Route Network,ARN)是支撑飞行器安全高效飞行的载体,是空中交通的基础。网络规划中的航路点布局问题（Crossing Waypoints Location Problem,CWLP）是一项核心。在航路网络运行成本和安全性基础上考虑到需求、天气和科技发展三类不确定因素影响,建立不确定条件下航路点布局多目标优化模型,求解时选取随机权重策略的粒子群优化（Particle Swarm Optimization,PSO）算法,根据决策者对目标函数的偏好,合理分配目标权重。最后以北京飞行情报区进行仿真对比,实现了航路点的布局设计,可给决策者提供多种优化方案,并为在有不确定因素影响下设计航路网络提供一种思路。     

给袋式包装机取袋机构结构参数的优化设计

目的使给袋式包装机实现更加精确、平稳的取袋送袋。方法通过建立取袋机构的数学模型,得到包装机允许空间内大、小臂铰链点的位置可行域及初始安装角范围;以封闭矢量法计算出末端执行器运动学参数解析式;应用Matlab编程得到其运动学曲线图谱并进行分析。结果优化后当大臂长l1=360mm、小臂长l2=200 mm、安装角?=30?时末端执行机构的运动学曲线轨迹过渡平稳、没有突变。结论采用结构参数优化后的取袋机构具有良好的运动特性,能够实现更加平稳的取送袋。     

基于新能源发电的电解水制氢直流电源研究

利用新能源发电进行电解水制氢是实现新能源就地消纳和氢能利用的重要途径,以匹配电解水制氢工作特性的制氢电源为研究对象,通过分析质子交换膜电解槽电解电流、温度与电解槽端口电压、能量效率、制氢速度之间的关系,得出制氢电源需具备输出低电流纹波、输出大电流、宽范围电压输出的特性。为满足新能源电解制氢系统需求,提出一种基于Y型三相交错并联LLC拓扑结构的制氢电源方案,该方案谐振腔三相交错并联输出,满足电解槽大电流低纹波工作特性,并采用脉冲频率控制实现谐振软开关,提高变换效率。最后,搭建仿真模型和6 kW模块化实验样机,验证所提出方案的合理性与可行性。     

基于系统拓扑动态调整的短路电流抑制措施对系统暂态功角稳定性的影响研究

随着电网的发展，网架结构不断加强，交流系统短路容量逐步提高，短路电流超标问题日渐突出，需要合理控制系统的短路电流水平。基于系统拓扑动态调整的短路电流抑制措施，通过在故障期间快速动态改变系统拓扑结构达到限制短路电流的目的。该文以500kV和220kV典型接线为例，研究3/2接线与双母线接线的母线分段开关采用抑制措施后，对系统暂态功角稳定性的影响。根据理论及仿真分析得出，基于系统拓扑动态调整的短路电流抑制措施在有效减少短路电流的同时，对系统的暂态功角稳定性有一定的影响，实施中需要针对实际系统进行具体仿真分析。