2016年中国十大科技进展

今年7月，我国最新天文大科学装置——“高海拔宇宙线观测站”（LHAASO）项目在四川省稻城县海子山开始基础设施建设，预计5年内建成。项目预算高达12亿元，是中国2012-2030年优先规划的16项重大科技基础设施之一。

中国的宇宙射线研究始于1951年，是建国初期最早建立起来的物理学研究课题之一，目前国内宇宙射线研究的地面实验主要在位于西藏念青唐古拉山脚下的西藏羊八井实验宙线观测站进行。新的高海拔宇宙线观测站将建在四川省甘孜州稻城县海子山，平均海拔4410米，距离稻城亚丁机场10公里。该项目一旦建成，观测站有效观测面积将达到100万平方米，观测到的宇宙线能量覆盖范围从一亿兆电子福特到一万亿兆电子福特，足以和南极的中微子天文台、位于阿根廷的极高能宇宙观测站相媲美。

有关宇宙线起源的研究将揭示超新星爆发、黑洞吸积等天文现象和宇宙起源，曾于2002年被美国国家科学研究委员会列为21世纪11个需要解答的宇宙相关问题。由于宇宙线中大部分都是带电粒子，在传播过程中会受到星际磁场而偏转，到达探测器时早已失去了原初的方向信息，从而无法根据所探测到的宇宙线到达方向来反推出源的方向。而只有极高能粒子、不带电的光子和中微子受磁场偏转较小或者不受磁场的调制，能保留源的方向信息。

由于极高能粒子流强非常低，大约1 km^2 的面积经过100 年才能收集到一个极高能事例，要得到足够的统计量就需非常大的探测面积以及很长的探测时间。而中微子是弱相互作用粒子，与物质发生相互作用的截面很小，非常难于探测，要探测到中微子就需要庞大的探测介质。相比之下，探测γ 射线容易许多——高能γ 光子，有可能产生于强子过程，也可能产生于轻子过程。如果能谱测量能证明γ 产生于强子过程，就间接地找到了宇宙线源。

因此，要想解开宇宙线起源之谜，就需要发现足够多的甚高能伽马源样本，对这些源作深度观测、大范围的能谱测量和尽可能宽广的多波段观测研究，分析其伽马射线的辐射机制，进而研究产生这些伽马射线的宇宙线粒子的加速机制和宇宙线的传播机制，而这就是建设高海拔宇宙线观测站的目的所在。

西藏羊八井宇宙线国家野外科学观测研究站

百亿亿次超算进入研制阶段

在神威太湖之光以近三倍于天河二号的运算速度登顶世界超级计算机排行榜之后，在国家“十三五”高性能计算专项课题中，中科曙光、国防科技大学和江南计算技术研究所同时获批进行Ｅ级超算的原型系统研制项目。

E级超算是性能有多强呢？清华大学杨广文教授曾比喻“神威·太湖之光”的计算能力：它计算一分钟，相当于全球72亿人同时用计算器不间断计算32年。而E级超级计算机的性能会是神威太湖之光的8倍，需要全球人用计算器计算250年。虽然目前三家各自做原型机研制，但由于只是原型机预研，而且E级超算是国家项目，所以也不排除三家合作建造E级超算的可能性，这样可以整合国内三家研制单位的技术优势，比如集合神威的处理器，国防科大的互联网络，曙光的散热设备和在应用上的经验等。

目前，美国、欧洲、日本也启动了各自的E级超算计划。美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室计算科学部门主任、美国能源部E级超算项目硬件技术副主任John Shalf表示，美国计划在2023年底开发完成2套E级超算系统，这2套系统必须满足峰值性能至少是目前美国最快超算的50倍以上，功耗大约为20MW。欧洲IT4Innovations 捷克国家超算中心和德国斯图加特超算中心也有计划开发E级超算。虽然日本文部科学省发表了后续基本设计方针：“在发展方针中，日本文部科学省不再追求世界第一的计算速度，而是将目标由加快计算速度转向了加强节能及便捷功能”，但日本富士通也发布了PPT，宣称要在2020年建成E级超算Post-K，而且新超算放弃了SPARC芯片，采用ARMv8指令集的芯片。不过，据消息称，即便一切顺利，Post-K问世的时间也要推迟的2021或2022年。

在100P超算竞赛中，中国已然拔得头筹，中国能否在E级超算的竞争中力压美、欧、日，则交给时间检验了。

神威·太湖之光