武汉超算中心助力破解百万微观粒子“躲猫猫”世界难题

日期：2024-07-25 来源：武汉未来科技城

超算让人类仿佛拥有了“超能力”，可以挑战科学探索的极限。近日，从武汉超算中心了解到，该中心与华中科技大学团队合作，破解了超级电容器的新材料难题。

冯光教授团队通过“芯片上的实验室”优化理论模型。

等待一个红绿灯的时间，就能让电动车能量满满——科技人员一直致力于发明这样的“超级电容器”，其关键就在于纳米材料。

这种特殊的材料要具有能量密度，这决定了是否“充得多”，要有功率密度，这决定了其是否“充得快”，还要发热可控、具有安全性，这依赖于对电极材料等形成储能界面的深入认知。

冯光夹起一丝头发：“难题来了，在厚度比头发丝还小上四五个量级的界面上，离子在扩散，电子在传递，原子到处跑，怎么去观测、剖析并控制它们？达到‘又多又快又安全’的复合目标？”

他的问题，也出现在被学界认为最前沿的125个科学问题中，业界称为“如何在微观层面测量界面现象”。

冯光是华中科技大学能源与动力学院教授。他介绍，科学家用计算机去模拟固液界面变化，国外已走在前面。在海外深造时，他的博士课题即是这一方向，他憋足一股劲：“要自主研发用于电化学储能的分子模拟技术！”

回到母校华中科技大学后，他带领“微纳尺度界面与输运”学术前沿青年团队，自主开发“恒电势分子模拟方法与技术”，在计算机模拟下，能在纳米级厚度的储能界面上，观察到百万量级的原子的位置和速度。他说：“计算环境性能越高，模拟就越接近真实工况。”

“别看我国现在算力规模在全球已数一数二，我刚回国时，一‘算’难求。”冯光回忆，武汉在全国率先布局超算新基建，2021年底，武汉超算中心一投用，冯光团队成为第一批用户。

武汉超算中心位于未来科技城

经算力不断升级，团队独创的模型如今已具备产业化价值。计算机模拟设计出的储能体系，经过实验验证，正在与上海某能源企业进行中试。

“算力能极大加快研发过程，使不可能变为可能。”冯光介绍，超级电容器在电力、铁路、通信等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力，以离子液体超级电容器为例，其可应用于电动汽车等产业赛道，而电极、电解液就是核心原材料。以往，“电极-电解液配方”是电化学家经年累月“试”出来的，如今，“算脑”在数月内就能算出“配方”——能既兼具性能又成本低廉。

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武汉超算中心全国率先开发“月租房”和“公交车”模式

7月16日，长江日报记者在华中科技大学能源与动力学院见到冯光教授时，他正和团队成员通过云端，进行超级电容器和电池的分子模拟计算，实时查看最新模拟计算数据。21公里外的韩杨路，一排排超级计算机正在飞速运转。冯光说：“武汉超算中心就是一个‘芯片上的实验室’。”

来自生命健康、智能制造、新能源、气象等领域的用户正共享这个“实验室”。

在位于韩杨路的武汉超算中心，记者看到，二楼机房3排20个液冷柜闪着蓝光。“一个机柜能顶普通的机柜10到15个，算力集中化程度水平业内领先。”湖北科投武汉超算中心项目经理蔡维康介绍，目前，中心50P算力已满载。

2024年上半年，其月平均使用率已攀升至90%以上，创下2021年投用以来的新高，在使用高峰期还会出现短期的“排队”。

蔡维康介绍，人脸识别、智能客服、算法推送，这些常见的智能化应用，背后支撑的都是“算力”，而在高科技领域和尖端技术研究里，算力更是关键的驱动引擎。

他介绍，今年以来，该中心呈现出科技创新和产业创新深度融合的特质，生物医药和整车制造行业的客户需求较多，高校及科研院所客户的产业化项目也在增加。

为了减少企业排队现象，真正做到普惠，武汉超算中心首创“专属资源池”和“共享资源池”两种模式，蔡维康将其形象地分别比喻为“月租房”和“公交车”：“‘月租房’供企业独家使用算力资源，比如有些做智能网联汽车整车测试的、做生物医药多组学数据分析的，需要一定时间的观测和数据分析；‘公交车’主打资源共享，按时间或次数收费，资源池内有多家单位使用算力，开车的是我们的‘系统工程师’团队，他们将根据不同需求排班，‘公交车’24小时日夜不停，‘乘客’上上下下。”

据介绍，该中心是全国首个统筹科研创新与产业发展的超算高质量发展示范高地，创新的运营模式正在被全国其他超算中心借鉴。