美國(guó)超算重登世界第一 中國(guó)超算是怎么了？

據(jù)科技日?qǐng)?bào)6月29日?qǐng)?bào)道，6月25日，在德國(guó)法蘭克福舉行的2018國(guó)際超算大會(huì)上，最新一期Top500全球超算排行榜正式發(fā)布，美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的超級(jí)計(jì)算機(jī)Summit，以峰值計(jì)算性能每秒20億億次（200PFlops）的速度登頂全球最快超級(jí)計(jì)算機(jī)。

中國(guó)的天河二號(hào)和神威·太湖之光讓出了已經(jīng)占據(jù)5年的第一。不過(guò)，在業(yè)內(nèi)人士看來(lái)，Summit已經(jīng)比預(yù)計(jì)的日期延后了一年，而中國(guó)并非不能造出200PFlops的機(jī)器，只不過(guò)各自有既定發(fā)展節(jié)奏。爭(zhēng)奪世界最強(qiáng)計(jì)算機(jī)固然重要，但超算的真正較量，絕不是看誰(shuí)是第一那么簡(jiǎn)單。

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付昊桓記得這么一個(gè)故事。2010年的11月，天河1A首次成為世界最快。中國(guó)超算界專家都很高興，畢竟“最快”這個(gè)榮譽(yù)，幾十年來(lái)由美日壟斷。

天河1A

不過(guò)，大會(huì)現(xiàn)場(chǎng)有美國(guó)專家發(fā)問，中國(guó)現(xiàn)在有實(shí)力構(gòu)建全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)，但是否能用最快的機(jī)器來(lái)解決最頂尖的科學(xué)或者工程問題？在這位專家的眼中，這臺(tái)龐然大物也許是“中看不中用”。

雖然尖銳刺耳，但的確反映了一個(gè)事實(shí)：造出最快的計(jì)算機(jī)固然不錯(cuò)，能否真正發(fā)揮作用才是根本。

也差不多那個(gè)時(shí)候，付昊桓從斯坦?；氐搅饲迦A地球系統(tǒng)科學(xué)系，聽說(shuō)了這段故事。當(dāng)時(shí)，天河1A采用的是英特爾的處理器和英偉達(dá)的GPU加速器，在上面跑大型的應(yīng)用程序也才剛剛起步。

“我回到清華后的第二年，也就是2011年的時(shí)候，我們幾個(gè)人慢慢結(jié)識(shí)，先是認(rèn)識(shí)了薛巍老師，然后是楊超老師?！备蛾换刚f(shuō)。

清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系的薛巍教授此前從事電力電網(wǎng)研究，之后又?jǐn)U展到氣候模擬等其他應(yīng)用領(lǐng)域。中國(guó)科學(xué)院軟件研究所楊超研究員則從事計(jì)算數(shù)學(xué)的研究。

付昊桓那時(shí)正對(duì)新的計(jì)算架構(gòu)著迷。“因?yàn)樘旌?A是CPU加GPU，主要的計(jì)算力由GPU加速器來(lái)提供。所以要把它高效用起來(lái)，就得把GPU用好了。我們當(dāng)時(shí)就組了一個(gè)團(tuán)隊(duì)，想把這個(gè)機(jī)器用起來(lái)，解決大氣模擬的問題?！备蛾换刚f(shuō)。

從天河1A開始，短短幾年內(nèi)，中國(guó)先后推出一系列超級(jí)計(jì)算機(jī)，不斷刷新“最快”紀(jì)錄：“神威藍(lán)光”“天河二號(hào)”“神威·太湖之光”，從2013年6月算起，中國(guó)的超算已占據(jù)TOP500榜單第一位置5年之久，并于2016年和2017年，兩獲“戈登·貝爾”獎(jiǎng)。

“神威·太湖之光”（資料圖）

付昊桓現(xiàn)為清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系副教授、國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心副主任。

2016年，在一份報(bào)告中，美國(guó)國(guó)家安全局和能源部認(rèn)為，中國(guó)超算已經(jīng)和美國(guó)接近并跑，對(duì)其國(guó)家安全、經(jīng)濟(jì)社會(huì)、超算行業(yè)等造成威脅，若再不加大投資，尋求改變，美國(guó)將失去其領(lǐng)導(dǎo)地位。

而今，再不會(huì)有人認(rèn)為中國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)只是個(gè)龐然大物。最強(qiáng)超算的爭(zhēng)奪，已經(jīng)成了中美日等少數(shù)國(guó)家之間的競(jìng)爭(zhēng)。6月25日，美國(guó)Summit正式重回第一。不過(guò)業(yè)內(nèi)清楚，擁有第一強(qiáng)的機(jī)器僅僅只是超算較量的一步。

打造完善的生態(tài)系統(tǒng)

付昊桓的團(tuán)隊(duì)打算與成都理工大學(xué)研究山體滑坡的團(tuán)隊(duì)合作，研究地震會(huì)不會(huì)觸發(fā)山體滑坡，會(huì)觸發(fā)什么樣的山體滑坡。此外也與建筑防震專家合作，將地震的模型與建筑的模型連接起來(lái)，研究發(fā)生地震后會(huì)對(duì)建筑造成怎樣的損害。“像美國(guó)加州地區(qū)也是地震頻發(fā)，那里人們買房子都要購(gòu)買地震保險(xiǎn)。而每棟房子保險(xiǎn)的定價(jià)，背后依靠的就是基于地震模擬的量化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估?！备蛾换附榻B說(shuō)，地震相關(guān)產(chǎn)業(yè)服務(wù)離不開精確的模擬。

除了科學(xué)方面的用戶，各個(gè)超算平臺(tái)也接納了不少企業(yè)用戶——他們想設(shè)計(jì)新型的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、船舶，還有風(fēng)力發(fā)電的渦輪機(jī)葉片。超算已成為支撐智能制造，提升經(jīng)濟(jì)質(zhì)量的重要一環(huán)。

超算平臺(tái)大量的投資希望換回更大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。無(wú)錫市希望通過(guò)超算平臺(tái)吸引從事人工智能、智能制造、工業(yè)大數(shù)據(jù)的企業(yè)和研究人員，其建立的超算產(chǎn)業(yè)園，也希望能惠及當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。

國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心主任楊廣文利用一切機(jī)會(huì)推介神威·太湖之光。在去年的一個(gè)論壇上，他懇切地說(shuō)：“超算大家聽上去是高大上的，也是國(guó)家戰(zhàn)略，但是否會(huì)把它做成一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的（產(chǎn)業(yè)）？超算人也想成功?！?/p>

在前述的美國(guó)國(guó)家安全局和能源部的報(bào)告中，也認(rèn)為中國(guó)超算將威脅美國(guó)經(jīng)濟(jì)：“高性能計(jì)算領(lǐng)導(dǎo)地位的損失潛在地威脅到已經(jīng)重度使用高性能計(jì)算的行業(yè)內(nèi)的美國(guó)公司。這些行業(yè)包括汽車、航空航天、先進(jìn)制造、石油勘探、制藥研究、金融等。這些行業(yè)在全球范圍內(nèi)已經(jīng)具有強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)性，因此美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)力的些許損傷（例如，如果中國(guó)用其高性能計(jì)算領(lǐng)導(dǎo)地位為其國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)提供廉價(jià)甚至免費(fèi)的計(jì)算能力）就會(huì)轉(zhuǎn)化成更大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。同樣也會(huì)帶來(lái)重大的知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)：如果一家制藥公司的藥品開發(fā)在海外進(jìn)行，那么IP泄露在多大程度上會(huì)阻礙美國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)力？”

而對(duì)于中國(guó)，有些行業(yè)也發(fā)展到了一定程度，必須自行開發(fā)軟件。“飛機(jī)、高鐵還主要是依賴國(guó)外的商用軟件在進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，下一步我們希望基于‘神威’的平臺(tái)，特別是和這些應(yīng)用單位深入合作去做我們自主工業(yè)仿真和設(shè)計(jì)的軟件平臺(tái)?！备蛾换刚f(shuō)。

從采用國(guó)產(chǎn)的處理器，到編譯器、操作系統(tǒng)、各種計(jì)算庫(kù)、開發(fā)框架，中國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)試圖構(gòu)建一套自己的生態(tài)系統(tǒng)，而要真正進(jìn)入良性的發(fā)展還依賴于用戶的使用和反饋，他們是超算社群至關(guān)重要的一環(huán)。

期待整個(gè)青藏高原

2015年4月9日，美國(guó)商務(wù)部發(fā)布公告，禁止向中國(guó)的4家國(guó)家超算中心出售英特爾“至強(qiáng)”芯片。有外界評(píng)論認(rèn)為，禁運(yùn)可能和天河二號(hào)多次占據(jù)超級(jí)計(jì)算機(jī)高性能榜首有關(guān)。緊接著2015年年底，中國(guó)推出神威·太湖之光，且使用的是全國(guó)產(chǎn)芯片。

不過(guò)，這兩件事情之間僅僅是一種“巧合”。此前的“神威藍(lán)光”就已經(jīng)采用了全國(guó)產(chǎn)芯片，神威·太湖之光從開始設(shè)計(jì)之初就是全國(guó)產(chǎn)，不過(guò)是按照預(yù)期的進(jìn)度推出而已。

這恰如此次美國(guó)Summit的推出，都是意料中事?！?00P、300P我們其實(shí)是可以造出來(lái)的，只是規(guī)劃節(jié)奏不一樣。”付昊桓解釋。

目前，世界各國(guó)正準(zhǔn)備建造下一代E級(jí)計(jì)算機(jī)（100億億次）。為何建造E級(jí)計(jì)算機(jī)，TOP500發(fā)起人、橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室及田納西大學(xué)Jack Dongarra教授在上個(gè)月南昌舉辦的ASC會(huì)議期間說(shuō)：“不是我們要造下一代計(jì)算機(jī)，而是科學(xué)家提出了更困難的挑戰(zhàn)，更難的問題（需要這樣的計(jì)算機(jī)），E級(jí)的計(jì)算機(jī)只是我們發(fā)展中間跨越的一個(gè)障礙物，以后還會(huì)有更高量級(jí)的計(jì)算機(jī)出現(xiàn)?！?/p>

中國(guó)目前有三家機(jī)構(gòu)正在獨(dú)立研發(fā)E級(jí)計(jì)算機(jī)，預(yù)計(jì)于2020年推出。而中國(guó)超算更為重要長(zhǎng)遠(yuǎn)的任務(wù)，也許是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)。

“單純從超算而言，無(wú)論是硬件系統(tǒng)，還是部分領(lǐng)域的軟件應(yīng)用，中國(guó)都已經(jīng)有和美日比肩的突破性成果。但要能夠?qū)Τ惚澈蟮闹T多產(chǎn)業(yè)都能形成一個(gè)正面的反饋，還需要較長(zhǎng)時(shí)間。比如基于超算的天氣及氣候預(yù)測(cè)、工業(yè)設(shè)計(jì)和仿真、新材料的制備、新藥研發(fā)等等，任何一個(gè)行業(yè)與超算硬件及軟件的融合，都能產(chǎn)生巨大的產(chǎn)業(yè)提升。我們現(xiàn)在有了超算技術(shù)的突破，下一步應(yīng)該期待如何實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)業(yè)的輻射和支撐。”付昊桓說(shuō)。

對(duì)于中國(guó)的超算來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在有了一個(gè)珠穆朗瑪峰，下一步或許應(yīng)該期待整個(gè)青藏高原。

利用太湖之光，付昊桓希望為研究地震發(fā)生機(jī)制提供更為準(zhǔn)確的模擬平臺(tái)，同時(shí)為抗震防震提供量化評(píng)估工具。模擬唐山大地震之后，下一個(gè)更艱巨的目標(biāo)是汶川地震。

付昊桓的團(tuán)隊(duì)打算運(yùn)用超算模擬汶川地震的震源產(chǎn)生、地震波傳播過(guò)程，針對(duì)特定區(qū)域完成基于地震過(guò)程情景模擬的震害預(yù)測(cè)，量化評(píng)估地震強(qiáng)度及震害分布。精確的模擬，對(duì)于降低與預(yù)防地震災(zāi)害所帶來(lái)的巨大損失，以及開展地震高發(fā)區(qū)的合理規(guī)劃與設(shè)計(jì)，均可發(fā)揮重大作用。