应该看到下一个十年大学里基础研究的科学计算能力会有惊人的增长。容量的总增量可以超过107倍。这个计算容量的大部分(我相信)是由理论科学家和工程人员进行计算机模拟所使用的。
为什么必然有这样的增长,有几个原因:第一,基础理论科学正在由像氢原子之类的可解析求解的模型体系走向像化学键、紊流、一级相变、天体生命史,以及夸克的非贯穿性(quark confinement)之类的现实生活复杂事物的问题。所有这些研究课题都需要计算机模拟来提供定量的实例以便确认(或推翻)定性的理论概念。第二,工业将要越来越多地利用计算机模拟。原料、工业加工与设计的迅速变化迫使越来越多地要利用基础科学(通过模拟)来解决工业问题,特别是工业还没有积累起经验可供借鉴的那些问题。第三,目前出现的计算机技术的非寻常的发展将为具有工业和基础科学都必需的可靠性和精确度的计算机模拟开辟新的可能性。第四,就日本的当前发展状况来看,我们应当加速这类开发。工业该经历一次冲击了,像富士通和日立(差不多一年前)就开始给日本工业提供超级计算机,这类计算机大概可与美国厂商不久要提供的系统相竞争。
由这些方面的发展来看,我希望我们不久就将达到基础理论科学中计算机的使用只是由于全世界科学计算机的生产能力而受到限制的地步。大学的需要应当成为改变科学计算落后于工业技术发展状况的主要推动力量,因为大学在购买科学计算设备方面,比起私人工业或国家实验室来,可以更多地强调创新而强调工作可靠性少些。此外,大学的人员培训规划、高级软件的研制,以及基础研究中的突破,所有这一切对超级计算机市场的增长都是头等重要的。况且,大学总是正好充当新工业计算系统的实验场所。
归根到底,大学中的计算经费多半会来自私人企业,因为大学已被认为对工业发展是重要的了。然而,这不仅需要时间而且还需要大学和私人企业态度的改变。大学必须看到大规模科学计算的科学上的重要性;目前只是极少数大学对此是认真看待的。工业必须看到给大学的科学计算需要提供经费是一笔经得起成本 - 效益分析的合理商业开支;还要看到在这一市场上花费过少造成的损害就会很大。同时,政府在建立计算事业中起着关键性的作用。
作为第一步,即将出现的高效超级计算机在最初阶段就应当设置在大学中,以便工业可以查看大学在超级计算机的实际场合中所起的作用。譬如,CrayⅡ,—旦建成一台,就该放到伊利诺大学去,那里是我们在大规模科学计算和超级计算机软件研究方面最为活跃的院校之一。
NSF(国家科学基金会)应当给建造一个为大学和工业研究中的一切科学学科服务的ARPANET阵(一种计算机联动网络)以很高的优先权。这种二次网络是提供远程计算机存取所必需的,从而给各大学的年轻人以均等的计算机会。更为重要的是,ARPANET“电子告示牌”装置,它提供学科之间的通讯联系与技术转移:一名ARPANET用户将一电文放在相关的告示牌上便可请求帮助;相当的专家来回答(如果他们不回答,他们就称不上专家!)。NSF资助的网络应当提供和目前ARPANET一样的告示牌。
最后,有个计算机规划的问题。大学必须打算接纳大部分增加的科学计算设备并且制定围绕这些系统编制的有力的指令和研究程序。政府机构(特别是NSF)必须为计算与计算机科学的比目前有的要大得多的程序作出计划。计算工业要做好计划,用大部分补充的容量去满足大学的需要。他们还必须计划多多扩大减税捐赠的利用,将他们在大学内的设备以最低的成本投资于大学。私人企业应当考虑与大学有密切得多的各类联系。现代的工业问题越来越变得带有科学兴趣,因为计算能力的增长使得这些问题基础研究可以进得去了。
[Physics Today,19 S3年第36卷,第5期]
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* 本文为美国康奈尔大学K. G Wilson为《Physics Todays》“用计算机进行物理学的研究”专辑写的编者短评。