神威太湖之光獨(dú)攬三項(xiàng)第一 超算系統(tǒng)應(yīng)用比計(jì)算機(jī)本身更重要

　　●從建設(shè)超級(jí)計(jì)算機(jī)的角度來講，中國(guó)和日本、美國(guó)以及歐洲的水平其實(shí)不相上下，但在建設(shè)思路上，中國(guó)卻與其他國(guó)家截然不同。歐美國(guó)家一般是先考察超級(jí)計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域的需求，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用開始有針對(duì)性的研發(fā)和制造；而我國(guó)則將重點(diǎn)放在提升超級(jí)計(jì)算機(jī)的各項(xiàng)計(jì)算能力上，然后再考慮實(shí)際應(yīng)用。

　　●資源不足和資源利用不充分的現(xiàn)象同時(shí)存在，資源的單位擁有和資源的共享使用之間矛盾突出，嚴(yán)重制約了中國(guó)國(guó)家網(wǎng)絡(luò)服務(wù)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

　　●我國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)使用的領(lǐng)域還比較窄，許多領(lǐng)域的應(yīng)用軟件是從美國(guó)購(gòu)買的，這大大限制了我國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展。

　　一年一度的國(guó)際高性能計(jì)算大會(huì)日前在德國(guó)法蘭克福再度拉開帷幕。大會(huì)第一天公布的全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單，來自中國(guó)無錫超算中心的神威太湖之光超級(jí)計(jì)算機(jī)力壓群雄，獲得了冠軍。這引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。對(duì)此，多位專家建議，應(yīng)以此為契機(jī)，建立健全超算研發(fā)機(jī)制，扭轉(zhuǎn)我國(guó)超算產(chǎn)業(yè)應(yīng)用不夠的局面，將“制好”優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為“用好”優(yōu)勢(shì)，在解決國(guó)防與科學(xué)重大需求的同時(shí)，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新與開放。

　　太湖之光實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)

　　獨(dú)攬三項(xiàng)第一

　　據(jù)悉，“神威·太湖之光”是全球第一臺(tái)運(yùn)行速度超過10億億次/秒的超級(jí)計(jì)算機(jī)，峰值性能高達(dá)12.5億億次/秒，持續(xù)性能達(dá)到9.3億億次/秒，接近“天河二號(hào)”的3倍。打個(gè)比方說，“神威·太湖之光”一分鐘的計(jì)算能力，相當(dāng)于全球72億人同時(shí)用計(jì)算器不間斷計(jì)算32年。

　　神威太湖之光有40個(gè)運(yùn)算機(jī)柜和8個(gè)網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜組成。每個(gè)運(yùn)算機(jī)柜比家用的雙門冰箱略大，打開柜門，4個(gè)由32塊運(yùn)算插件組成的超節(jié)點(diǎn)分布其中。每個(gè)插件由4個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)板組成，一個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)板又含2塊“申威26010”高性能處理器，整臺(tái)“神威·太湖之光”共有40960塊處理器。

　　在本次榜單中，記者注意到中國(guó)軍團(tuán)的崛起。從各國(guó)系統(tǒng)上榜的數(shù)量來看，中國(guó)系統(tǒng)數(shù)量首次超過美國(guó)，達(dá)到了167臺(tái)。而在上榜超算品牌方面，惠普以127臺(tái)超算高居榜首，緊隨其后的聯(lián)想為84臺(tái)，接下來是Cray的67臺(tái)和中科曙光的51臺(tái)，IBM以38臺(tái)設(shè)備排名第五。

　　需要指出的是，“神威·太湖之光”是首次完全用“中國(guó)芯”制造的中國(guó)最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)，此前“天河二號(hào)”使用的是英特爾至強(qiáng)處理器和Xeon Phi協(xié)處理器。2015年12月，“神威·太湖之光”在國(guó)家“863計(jì)劃”支持下，科技部、江蘇省、無錫市共同出資17.95億。如今，只有5厘米見方的薄塊“申威26010”，成了“神威·太湖之光”的心臟。

　　“長(zhǎng)期受制于人的被動(dòng)與屈辱，使我國(guó)下決心研發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的‘神威’系列超級(jí)計(jì)算機(jī)?！庇袠I(yè)內(nèi)人士表示，他透露，2015年4月，美國(guó)政府宣布，把與超級(jí)計(jì)算機(jī)相關(guān)的4家中國(guó)機(jī)構(gòu)列入限制出口名單，其目的是想限制中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展。這直接導(dǎo)致采購(gòu)英特爾處理器的“天河二號(hào)”未能如期完成攻關(guān)目標(biāo)。“如今，‘中國(guó)芯’‘申威26010’成了我國(guó)自主研發(fā)打破30年技術(shù)封鎖的一柄利器?！痹摌I(yè)內(nèi)人士感慨。

　　毫無疑問，在運(yùn)算速度上，神威太湖之光讓天河二號(hào)也“屈居”第二；在性能和能耗的比值上，太湖之光也能在Green500的榜單上名列前茅。更讓世人眼前一亮的是，被稱作超算應(yīng)用領(lǐng)域諾貝爾獎(jiǎng)的“戈登貝爾”獎(jiǎng)，從1987年建立以來，中國(guó)團(tuán)隊(duì)從未入圍。今年，基于“神威·太湖之光”系統(tǒng)的三項(xiàng)全機(jī)應(yīng)用已經(jīng)入圍，占全部入圍數(shù)量一半。三項(xiàng)應(yīng)用分別為中科院軟件所與清華大學(xué)、北師大合作的“全球大氣非靜力云分辨模擬”；國(guó)家海洋局海洋一所與清華大學(xué)合作的“高分辨率海浪數(shù)值模擬”；中科院網(wǎng)絡(luò)中心的“鈦合金微結(jié)構(gòu)演化相場(chǎng)模擬”。

　　對(duì)此，賽迪智庫(kù)電子信息產(chǎn)業(yè)研究所副所長(zhǎng)溫曉君博士在接受《經(jīng)濟(jì)參考報(bào)》記者專訪時(shí)表示，我國(guó)高效能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)算速度指標(biāo)能力上全球領(lǐng)先，但在負(fù)載均衡、功耗優(yōu)化等方面還存在明顯的技術(shù)短板。例如，功耗是國(guó)際公認(rèn)的實(shí)現(xiàn)E級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)障礙，亟須在新型體系結(jié)構(gòu)、新的電路實(shí)現(xiàn)、高能效處理器與加速器、光子通信與高能效互連、新型低功耗存儲(chǔ)器件、3D芯片等核心技術(shù)方面取得突破。美、日均正在全力展開研究，尋求克服這一障礙的技術(shù)手段，而我國(guó)在這方面的研究和技術(shù)積累不足。

　　算天算地算人

　　超算產(chǎn)業(yè)大有可為

　　如此“高大上”超級(jí)計(jì)算機(jī)，離普通人的生活有多遠(yuǎn)？是不是永遠(yuǎn)都是科研人員的專用“工具”？中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院副研究員陳榮亮在接受《經(jīng)濟(jì)參考報(bào)》記者采訪時(shí)表示，超級(jí)計(jì)算機(jī)與百姓生活密切相關(guān)，其應(yīng)用可以簡(jiǎn)單通俗地概括為：算天、算地、算人。

　　其實(shí)，氣象數(shù)值預(yù)報(bào)一直是高性能計(jì)算機(jī)的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，無論是短期天氣預(yù)報(bào)還是長(zhǎng)期氣候預(yù)測(cè)，都離不開強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)的支持。借助超級(jí)計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)氣候變化，可以減輕極端天氣給人類帶來的傷害。當(dāng)前世界，極端氣象事件的影響日趨嚴(yán)重，超級(jí)計(jì)算機(jī)將提供有關(guān)發(fā)生可能性低、但破壞性大的氣象事件的預(yù)警，對(duì)氣候變化做出重要研究。同樣，對(duì)天氣情況的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)也需要具備迅速完成大量運(yùn)算的能力。我國(guó)自行設(shè)計(jì)生產(chǎn)的銀河Ⅱ型大型機(jī)就曾經(jīng)被使用于天氣預(yù)報(bào)領(lǐng)域。在2008年北京奧運(yùn)會(huì)中，北京氣象局也采用了超級(jí)計(jì)算機(jī)來為北京及周邊地區(qū)提供精確到小時(shí)的天氣預(yù)報(bào)。

　　為便于污染物擴(kuò)散，運(yùn)用超級(jí)計(jì)算機(jī)測(cè)算建筑風(fēng)道選址，更是讓空氣污染預(yù)報(bào)精確到每個(gè)小區(qū)。中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院正在國(guó)家超算無錫中心進(jìn)行的一項(xiàng)課題，就是深圳市污染物擴(kuò)散的模擬?！艾F(xiàn)在已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)倒推排查，究竟是哪個(gè)排放點(diǎn)導(dǎo)致了某次大氣污染，未來將能夠?qū)崿F(xiàn)每個(gè)小區(qū)、每個(gè)居民點(diǎn)空氣質(zhì)量的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)?！标悩s亮說。

　　而在身體器官檢測(cè)等方面，未來要不要做手術(shù)也是電腦說了算。據(jù)悉，歐洲和日本等國(guó)的科研人員還開始將超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用到醫(yī)療領(lǐng)域，通過超級(jí)計(jì)算機(jī)來模擬血流、心臟，甚至任何人體器官的工作。英國(guó)醫(yī)學(xué)雜志《柳葉刀》認(rèn)為，目前醫(yī)療研究已經(jīng)進(jìn)入分子層面，通過超級(jí)計(jì)算機(jī)的大量運(yùn)算，可以有效地模擬人體器官對(duì)各類藥物的反應(yīng)，這樣做能夠大大縮短新藥物的研發(fā)時(shí)間，讓各類新藥物盡快為患者服務(wù)；更為重要的是，這樣大大節(jié)省了新藥物的前期研發(fā)成本，可以使制藥公司以較為低廉的價(jià)格為患者提供更有效的藥物。

　　事實(shí)上， 超算技術(shù)早已融入人類生活的方方面面。以美國(guó)為例，高性能計(jì)算應(yīng)用大致可分為幾類：一類是與國(guó)家安全密切相關(guān)的使命性應(yīng)用，如美國(guó)能源部各國(guó)家實(shí)驗(yàn)室所從事的核武器設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、改進(jìn)和安全儲(chǔ)存的研究，需要超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行全物理、全系統(tǒng)、真三維的數(shù)值模擬；一類是解決能源、環(huán)境、健康等方面重大挑戰(zhàn)性問題的應(yīng)用，例如聚變能源、全球氣候變化、新材料設(shè)計(jì)、新藥創(chuàng)制等；還有一類是以計(jì)算促進(jìn)基礎(chǔ)科學(xué)研究和重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，例如在宇宙起源、腦功能、基因和蛋白質(zhì)組學(xué)、計(jì)算物理、計(jì)算化學(xué)、計(jì)算材料等方面的應(yīng)用。

　　近年來，基于人工智能的高性能計(jì)算應(yīng)用呈拓展趨勢(shì)，大數(shù)據(jù)、金融計(jì)算、社會(huì)計(jì)算等都成為高性能計(jì)劃的新領(lǐng)域。IBM以沃森為核心提出了“認(rèn)知計(jì)算”的概念，即由計(jì)算機(jī)模仿人腦的工作機(jī)制，對(duì)信息進(jìn)行感知和分析處理的一種計(jì)算技術(shù)。未來，隨著開放生態(tài)體系的建立，認(rèn)知計(jì)算將有望成為繼電子商務(wù)、智慧地球之后，被全球所接納和推進(jìn)的又一概念和方向，并引發(fā)各大企業(yè)和各國(guó)家、地區(qū)的跟隨。

　　其實(shí)，超級(jí)計(jì)算機(jī)并非永遠(yuǎn)都是科研人員的專用“工具”。隨著科技的日益進(jìn)步，超級(jí)計(jì)算機(jī)的小型化已成可能。早在2012年，谷歌就在其舉辦的“內(nèi)部搜索”發(fā)布會(huì)上公開表示，“響應(yīng)一個(gè)谷歌搜索請(qǐng)求所需的運(yùn)算量與整個(gè)‘阿波羅84計(jì)劃’的運(yùn)算量（包括地面和空中）幾乎一樣多”。更重要的是，現(xiàn)代智能手機(jī)和平板電腦所具備的運(yùn)算能力比以前要占據(jù)一整個(gè)房間的許多“巨型電腦”還要強(qiáng)大。預(yù)計(jì)到2019年，全球智能手機(jī)用戶數(shù)量將達(dá)到35億，這相當(dāng)于智能手機(jī)的普及率將達(dá)到59%，超過2017年的50% ，相比于2013年的28%有了大幅增長(zhǎng)。逐漸采用那些能讓人們處理復(fù)雜任務(wù)的高速運(yùn)算設(shè)備是大勢(shì)所趨。最有可能出現(xiàn)的情況是，每個(gè)人使用的設(shè)備數(shù)量會(huì)大幅增加，這些設(shè)備不僅具有新功能，還能處理特殊任務(wù)。