超越天河二號的神威超級計算機首度探秘 - 全文

　　就在中國的最新型超級計算機“神威 太湖之光”（以下簡稱“太湖之光”）前不久趕超中國蟬聯六屆TOP500全球超算冠軍的“天河二號”，成為全球運算速度最快的超級計算機（以下簡稱超算），全世界就對中國這一“神秘機器”充滿高度關注與好奇，坊間還傳出各種各樣有關國家超級計算無錫中心（以下簡稱無錫超算中心）以及它擁有的“太湖之光”的傳聞，國內外超算業(yè)界與媒體也在不斷通過公開與私下的渠道搜集著“太湖之光”的點滴新聞。到底這個神秘的“超級運算巨無霸”什么樣？而擁有這一超級機器的“機窩”（業(yè)內對于超算中心的昵稱）又是什么樣呢？《環(huán)球時報》記者幾經聯系，日前終于走進全球最強超算——“太湖之光”的“機窩”無錫超算中心一探究竟。

　　全球最強“機窩”的低調程度超乎想象

　　很多人可能認為運營著全球最強超算的無錫超算中心一定非常高大上，但《環(huán)球時報》記者從無錫高鐵站下車之后，幾乎橫穿了整個無錫市，才在無錫西南方向一個并不是很起眼的科技園區(qū)內找到無錫超算中心的所在地。而它所在的大樓也非常低調，門口并沒有擺放或掛設任何表明身份的標識，只是在大堂正中墻壁上掛著的一個液晶屏上顯示：國家超級計算無錫中心歡迎您。而在液晶屏的右側是一個需要指紋開鎖才能進入的玻璃門，上面寫著國家超級計算無錫中心，后來記者才知道這就是通往“太湖之光”機房的大門。而在保持低調的同時，這個國家級第六大超算中心的簡樸程度也讓《環(huán)球時報》記者大吃一驚。在乘坐電梯前往無錫超算中心當家人楊廣文主任的辦公室時，記者看到電梯廂體上的保護材料還沒有拆除，而楊廣文辦公用的轉椅底座上竟然還保留著出廠時的塑料泡沫。

　　談起無錫超算中心的成立，楊廣文的自豪之情溢于言表。據他介紹，“十二五”期間，科技部支持了兩個十億億次級的超算項目，其中一個是先期啟動的“天河二號”項目，而后在2014年，“太湖之光”也在科技部正式立項，2014年底就已完成原型機的驗證，而在2015年底就已經完成“太湖之光”系統(tǒng)的研制與組裝。由于當時科技部的要求是建“全球一流的超級計算機和全球一流的超算中心”，所以在超算研制完成的同時，超算中心也就成立了。

　　用兩年左右的時間就能研制出世界第一的超算，這個速度是不是太驚人了？楊廣文回應稱，“太湖之光”的具體研制時間雖然短，但它之前經過了很長時間的技術預研。它采用的是國家“核高基”重點科技專項支持的由國家高性能集成電路設計中心通過自主核心技術開發(fā)的全國產“申威”CPU?！吧晖毕盗械募夹g路線比較明晰而穩(wěn)定，而且采用上一代“申威”CPU的“神威藍光”超算為“太湖之光”的發(fā)展做了很好的鋪墊和嘗試。沒有它，“太湖之光”也就不會那么快研制出來。

　　那這個世界一流的“機窩”又有哪些優(yōu)勢呢？楊廣文表示，因為當時中國最高水平的超算“天河二號”采用的是美國英特爾公司的“至強”處理器，所以國家希望能采用另一種技術路線來研制新的超算，從布局之初的思路就是要打造擁有全國產架構、自主可控軟硬件的新超算，因此無錫超算中心最大的優(yōu)勢就是擁有全部自主的核心技術，還有一個優(yōu)勢就是“太湖之光”從原型機研制階段就開始與應用方一起討論互動，否則也不可能在首次奪得TOP500冠軍時，就有三大應用入圍世界高性能計算應用最高獎——“戈登貝爾”獎提名，而此時距離“太湖之光”完成研制還不到半年時間。

　　零距離探訪“太湖之光”

　　隨后《環(huán)球時報》記者被允許進入無錫超算中心最核心的區(qū)域——“太湖之光”的機房。所有進入機房區(qū)域的人員都必須穿上防塵鞋套，墻壁上到處貼著禁止拍照攝像的標識。不過，據楊廣文介紹，這些都是在今年6月TOP500榜單發(fā)布之前貼出來的，因為當時“太湖之光”還處于嚴格保密階段，6月20日機器發(fā)布后，整個無錫超算中心無論對于國內外同行，還是有意合作的應用方，都抱著一種開放的態(tài)度。記者在整個采訪過程中也深刻體會到這一點，記者采訪時，還遇到廣州番禺區(qū)的代表正在進行參觀，據介紹，“天河二號”所在的廣州超算中心就位于番禺區(qū)。記者還目睹了好幾撥外國的專家與相關企業(yè)到這里尋求合作。

　　在機房外面，以實物形式展示了“太湖之光”采用的申威眾核處理器，單個處理器看起來非常小巧，大概就是一個相機SD存儲卡那么大，但它所蘊藏的運算潛力以及全部國產的技術含金量，不亞于一塊鉆石，而正是這一個個小鉆石排列在一起構成了“太湖之光”峰值運算速度每秒12.54億億次、持續(xù)計算速度每秒9.3億億次的全球最強運算能力。走進機房內部，首先映入《環(huán)球時報》記者眼簾的是三組巨大的機柜，中間一組機柜的正面用中文寫著巨大的神威太湖之光，在每個機艙上也用中文與拼音寫著這一名字。而在機箱的上部邊緣還有著不斷閃爍的LED光條，這些光條總體上是藍色的，但每隔幾秒會出現紅色、綠色或者黃色光條的快速律動。《環(huán)球時報》記者提出“這些光條顏色的變化是代表超算的運算狀態(tài)嗎？”，楊廣文表示，這和超算的運算狀態(tài)完全沒有關系，只是為了展示一種比較神秘的科技感效果。

　　據楊廣文介紹，該機房的面積約1000平方米，三組機柜是以0、1、0的順序擺放，其中兩個“0”是由每組20個機艙組成的運算設備，中間的“1”是由8個機艙構成的網絡設備（用來實現處理單元的互聯互通），一共加起來是48個機艙。記者提出，機柜之所以以“0、1、0”的順序擺放是不是因為計算機的代碼就是由0和1組成的，楊廣文說，主要是這方面的考慮，當然也同時考慮空間的充分利用和布局的整體效果。

　　工作人員隨機打開一個機艙，看起來很像一個寬體式家用雙開門冰箱，而里面排列著密密麻麻的運算單元則很像抽拉式檔案柜。據介紹，每個機艙里面有4組超節(jié)點，每組超節(jié)點有32塊運算插件板，每個插件板上有8個CPU，而這8個CPU的運算能力就可以達到每秒25萬億以上，所以一個機艙的運算能力是3.2千萬億次，相當于“神威藍光”整體運算能力的3.2倍。記者又走到機柜的后面，看到這些運算設備除了連接著大量網線外，每組運算單元上都接著兩根水管，據介紹，這是用來冷卻運算設備的重要組成部分，而這一水冷技術是“神威系列”超算的一大特點，它可以充分保證對高速運轉芯片的降溫效果，這一技術對于未來中國研制下一代百億億次級超算也將帶來巨大的幫助，因為百億億次級超算高速運轉產生的熱量可以通過這種方式很好地降溫。

　　那這么強大的運算機器在運轉起來是不是噪音很大呢？記者在一進入機房就聽到一種不太吵人的嗡嗡聲，記者以為這是超算運轉的聲音，不過工作人員向記者介紹，這其實是環(huán)境空調出風的聲音，超算本身基本不產生噪音。記者在貼近機柜時，確實基本聽不到機器運轉的聲音，只有水冷設備工作時非常輕微的流水聲。

　　中國造“太湖之光”只為拿世界第一？

　　中國超算的發(fā)展長久以來一直受到關注，但外界對于這個很燒錢的戰(zhàn)略項目也有不少質疑，其中很重要的一個依據就是中國花大價錢造出了全球性能最好的超算，但在應用方面卻“吃不飽”，甚至有用“十車道高速路上跑著很少的車輛”來形容中國超算性能與應用水平之間的關系。對此楊廣文認為，在21世紀頭幾年，中國的超算應用能力確實比較弱，但在2005年之后，則進入一個快速成長期，主要是因為超算越來越受到科研單位與產業(yè)的重視，從事超算的人才也越來越多。而國家“十一五”布局的那幾臺機器出來之后，中國超算的應用水平得到了極大的提升。目前中國的有些超算可能處于“吃不飽”的狀態(tài)，但這可能是與中國超算的運營思路有關，國內的發(fā)展趨勢是機器牽引著應用走。這就要看國家是基于什么來考慮發(fā)展超算了，如果是想要讓國家的重點基礎研究、核心裝備研發(fā)甚至產業(yè)發(fā)展都用上超算，那超算的需求是無止境的。所以只要是根據國家的這種戰(zhàn)略需求來發(fā)展，就完全不用擔心“太湖之光”跑不滿。

　　據楊廣文介紹，按照目前的統(tǒng)計，“太湖之光”半年來的利用率已經超過50%，目前已經累計擁有超過50多項應用，比6月獲得世界冠軍時又增加了10多項，目前有一些重大項目正在“太湖之光”上進行全機測試，比如獲得了“戈登貝爾”獎的三大應用，還有一些應用目前正在“太湖之光”上一邊進行小規(guī)模測試，一邊排隊等待更大規(guī)模應用的檔期。目前，包括國家氣象局等多個國家專業(yè)機構與研究院所都在“太湖之光”上開展應用研究，并進一步與無錫超算中心尋求全面合作，因此我們完全不擔心“太湖之光”跑不滿，因為現在已經有不少應用方開始排隊了。目前最核心的問題不是如何讓它跑滿，而是如何把它用好，可以多出重量級的成果。此外，需要考慮在擁有大量科研用戶的同時，如何能夠培養(yǎng)更多有意愿長期合作且需求旺盛的產業(yè)界用戶。

　　對于“太湖之光”正在開展或未來將有哪些重大應用項目的提問，楊廣文表示，科研用戶都有自己的應用軟件，所以依托“太湖之光”強大的運算能力開展研究，完全沒有問題。除此之外，這些運算能力如何為江蘇省這個制造大省帶來幫助也是他們正在考慮的一個重要應用方向。國家提出“中國制造2025”計劃，而江蘇的蘇南制造對于國家的制造業(yè)轉型具有風向標式的意義，我們也希望能更好地支持當地制造業(yè)的發(fā)展，將無錫超算中心建成江蘇省一個產業(yè)科技創(chuàng)新中心。他表示，目前，中國制造業(yè)有一個很大的問題就是大部分應用軟件都是國外的商用軟件，而在這方面無錫超算中心也在布局，同時還在汽車制造業(yè)、船舶制造、新藥研發(fā)等方面開展研究。《環(huán)球時報》記者在無錫超算的應用成果展示區(qū)看到，中國航空、航天的相關研究機構目前正與無錫超算合作進行C919大飛機多種飛行狀態(tài)的模擬，天宮系列航天飛行器的飛行狀態(tài)模擬。山東的一家公司還在利用“太湖之光”的超強能力進行動漫制作，據介紹，這樣不僅可以制作出更加逼真的動漫渲染效果，而且可以大幅縮短制作周期。未來很有可能會看到依托“太湖之光”運算能力制作出的國產動畫大片。

　　楊廣文還還介紹了他們快速提升超算應用水平的兩大經驗。他說，如果能夠在超算研制初期就開始布局應用，將大大提高應用水平，“太湖之光”之所以在這么短的時間內，就能有目前這么高的利用率，就是因為采用了這樣的操作模式。“我們在機器研制過程中就充分與應用方進行互動，充分考慮他們的需求，在設備組裝過程中，則是每增加一個機柜，都使用應用課題進行系統(tǒng)的功能與性能測試，穩(wěn)定后直接提供應用使用，而不是全部組裝完成之后才開始應用?！彼J為，設備研制的同時就布局應用可能是未來中國超算發(fā)展的一個很重要的經驗。而超算是一個交叉性很強的學科，需要一大批多領域專家集中在一起共同研發(fā)，但如果全靠超算中心自己來招聘人才將是難以承受的。所以無錫超算中心正在運作一種全新的機制：與應用部門共同成立專題聯合實驗室，比如流體力學實驗室、新藥研發(fā)實驗室、汽車碰撞實驗室等。而聯合實驗室的主任由應用方的學科帶頭人來擔當，就是要讓相關領域最強的專家來引領這一聯合實驗室的工作，而無錫超算中心則利用全球最強的運算能力為他們提供支持，并指導與協(xié)助進行程續(xù)移植，自主研發(fā)大型并行應用軟件。此外，還可以與有需求的企業(yè)進行聯合開發(fā)應用軟件。這樣超算中心不用招聘那么多的應用人才，而是需求方帶著他們自己的應用軟件與研究團隊到無錫超算中心一起工作，這就好像一個個項目組的概念。

　　今年長江中下游的洪澇災害很嚴重，北京前不久也發(fā)生了嚴重的暴雨，那“太湖之光”在天氣預報與災害預警方面有些什么應用前景嗎？楊廣文介紹，這是目前正在進行的非常重要的應用方向，目前無錫超算中心和清華大學正在合作研制全球最大的地球系統(tǒng)數值模擬器，從全球角度研究氣候變化，為防災減災、霧霾治理以及國際氣候談判提供數據支撐，目前在“太湖之光”計算能力的支持下，實現了全球10公里的地球系統(tǒng)數值模擬。雖然無錫超算中心目前沒有直接參與今年的災害預警，但未來這方面將是研究與應用的重點。災害預警方面將與國家氣象、環(huán)保部門合作，而且空氣質量監(jiān)測方面的研究也正在進行。“我們不僅提供機器，還會邀請國內相關專業(yè)的專家一起來進行研究，比如氣象、海洋等等，基于這些研究成果，還會開發(fā)一些應用系統(tǒng)，比如糧食預警，可利用“太湖之光”預測未來洪澇或者旱情對糧食產量的影響”。楊廣文介紹稱。

　　楊廣文表示，隨著國家對于海洋權益的關注，這方面的研究也是未來無錫超算中心的一大重點方向。目前主要是和國家海洋局合作的高分辨率海浪數值模擬，這個項目也是今年入圍“戈登貝爾”獎的三個項目之一，關注點是對全球海浪變化規(guī)律的研究，對于中國周邊的重點海域也會有針對地進行研究。據他介紹，還有一系列近海預報等應用也在“太湖之光”上運行，總體而言，國家海洋口在無錫超算已經有了布局，目前的相關合作單位有國家海洋局、國家氣象局以及海洋大學等?，F在合作的海洋單位的相關研究已經應用在中國相關海域的具體實踐中了。據他介紹，“太湖之光”還有可能會應用于代表未來“黑科技”發(fā)展方向的研究領域，比如“人造小太陽”，也就是核聚變發(fā)電的相關理論與實驗方面的模擬。