虚拟天文台与高性能计算

　　数据量的急剧增长在为天文学研究带来新希望的同时，也对数据的存储，处理，分析提出了挑战。因此，为了解决大规模数值运算，各种数值模拟研究课题的开展，虚拟天文台从2009年开始从事高性能与并行计算的研究及基于CUDA的GPU并行计算的研究。

　　2010年11月28日，由中科院过程所、国家天文台、地质地球所、院网络中心等十家单位共同承担的国家重大科研装备项目“高效能低成本多尺度离散模拟超级计算应用系统（GPU超级计算系统）”顺利通过国家级项目验收，在此国家重大装备项目中的国家天文台GPU集群，由85台计算节点，每节点有8个CPU内核，2个C1060GPU图形加速卡，内存总量2040G，存储总量130T的并行存储系统组成.理论单精度浮点计算峰值约为160万亿次。为了提高集群的利用率，同时也降低集群的使用难度，更好地为天文学家服务，集群配有专业的作业管理系统（LSF）。

　　集群在天体数值模拟分析计算中发挥着重要的作用，已开展了“星系核中的超大质量双黑洞的动力学，引力波辐射”、“游离的超大质量黑洞对恒星的吸积”、“星系核超大质量黑洞对恒星的吸积”、“星系中心大质量天体的动力学摩擦”、“宇宙学N 体模拟”、“星系演化”、“由GPU加速的适用于天体物理研究的自适应网格优化程序”等课题的研究，并取得了一系列科研成果。如《GPU机群上的天体物理粒子的数值模拟》、《超大质量双黑洞和星系并合》、《星系中心大质量天体的动力学摩擦》、《游离的超大质量黑洞对恒星的吸积》等高水平学术论文，已发表在美国电气与电子工程师学会会刊（IEEE）、美国天体物理学杂志、英国皇家天文学月报等核心期刊上。GPU超级计算集群完成的天体物理直接N体模拟，其成果荣获2011年度超级计算大会PRACE奖。

　　集群用户除了国家天文台科研人员外，已遍及世界各地，如德国海德堡大学、乌克兰基辅天文台、加州大学圣克鲁兹分校及北京大学、清华大学、台湾大学等学校的老师和学生。并已同国内外各知名院校、研究机构，如北京大学、清华大学、台湾大学、上海天文台、中科院软件所等建立了长期科研合作关系。

　　GPU超级计算机系统的建成并投入科研应用，充分融合了计算机科学技术和天体物理学的研究力量，通过有效的学科交叉手段，培养了新的学科增长点，使天文学研究中的计算规模达到了前所未有的高度，具有强大并行数值计算能力的GPU集群已成为天文学研究中的重要手段。

　　虚拟天文台与天文科普教育

　　2008年5月,凭借自己在软件领域的强大优势,微软研究院推出了WorldWide Telescope（WWT），它是利用了先进的图像技术和可视化技术的一套功能强大、界面绚丽的天文信息服务系统，把来自全球数十个顶级的地面和空间望远镜，如斯隆数字巡天（SDSS）、数字化巡天（DSS）和哈勃空间望远镜等观测的上TB的科学数据融合在一起，近乎完美地展示了虚拟天文台的科学理念。用户只需轻轻地滑动鼠标，便可轻松地“操控”一台巨大的虚拟望远镜，遨游于整个烂漫的宇宙世界。

　　随后，中国虚拟天文台同微软中国的WWT 项目展开密切合作，通过WWT的先进技术和丰富资源加强国内的天文科普、教育工作，开展基于真实科学数据的科普教育活动，从而宣传e-Science、探究式学习、全民科学等先进的科学研究和教学理念。同时通过数据资源共享，国内如LAMOST、CSTAR以及将来的FAST等自主产出的天文科学数据会及时地整合到WWT中，以供天文学家和普通天文爱好者所使用。中国虚拟天文台与微软中国的合作也得到中科院、科技部的支持与肯定。

　　借助虚拟天文台的强大平台，中国虚拟天文台自2010年来，每年都组织多种科普教育活动。

　　中国虚拟天文台在基于VO 的科普教育方面的工作为IVOA其他项目做出了榜样，发挥出引领作用。2011年5月，IVOA春季互操作会议在意大利举行。在中国虚拟天文台等项目的倡议下，此次互操作会议第一次设立了“虚拟天文台和教育”专场研讨。

　　经过近十年的耕耘，虚拟天文台在天文研究领域发挥着重要的作用。随着观测数据的急剧膨胀，对海量数据的处理，挖掘越来越依赖于信息技术的发展。2006年国家自然科学基金委员会——中国科学院共设天文联合基金，把“海量天文数据存储、计算、共享及虚拟天文台技术”列为重点支持的5个研究领域之一。2011年，国家天文台正式将”天文信息学”作为“天文技术与方法”专业的研究方向。中国虚拟天文台是天文研究的强有力的支撑,对天文研究的发展进程发挥着越来越大的作用。

　　（作者单位为国家天文台）