神威太湖之光獨攬三項第一 超算系統(tǒng)應用比計算機本身更重要

　　●從建設超級計算機的角度來講，中國和日本、美國以及歐洲的水平其實不相上下，但在建設思路上，中國卻與其他國家截然不同。歐美國家一般是先考察超級計算機在各領(lǐng)域的需求，根據(jù)實際應用開始有針對性的研發(fā)和制造；而我國則將重點放在提升超級計算機的各項計算能力上，然后再考慮實際應用。

　　●資源不足和資源利用不充分的現(xiàn)象同時存在，資源的單位擁有和資源的共享使用之間矛盾突出，嚴重制約了中國國家網(wǎng)絡服務環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

　　●我國超級計算機使用的領(lǐng)域還比較窄，許多領(lǐng)域的應用軟件是從美國購買的，這大大限制了我國超級計算機的發(fā)展。

　　一年一度的國際高性能計算大會日前在德國法蘭克福再度拉開帷幕。大會第一天公布的全球超級計算機500強榜單，來自中國無錫超算中心的神威太湖之光超級計算機力壓群雄，獲得了冠軍。這引起了社會的廣泛關(guān)注。對此，多位專家建議，應以此為契機，建立健全超算研發(fā)機制，扭轉(zhuǎn)我國超算產(chǎn)業(yè)應用不夠的局面，將“制好”優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為“用好”優(yōu)勢，在解決國防與科學重大需求的同時，帶動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新與開放。

　　太湖之光實現(xiàn)國產(chǎn)

　　獨攬三項第一

　　據(jù)悉，“神威·太湖之光”是全球第一臺運行速度超過10億億次/秒的超級計算機，峰值性能高達12.5億億次/秒，持續(xù)性能達到9.3億億次/秒，接近“天河二號”的3倍。打個比方說，“神威·太湖之光”一分鐘的計算能力，相當于全球72億人同時用計算器不間斷計算32年。

　　神威太湖之光有40個運算機柜和8個網(wǎng)絡機柜組成。每個運算機柜比家用的雙門冰箱略大，打開柜門，4個由32塊運算插件組成的超節(jié)點分布其中。每個插件由4個運算節(jié)點板組成，一個運算節(jié)點板又含2塊“申威26010”高性能處理器，整臺“神威·太湖之光”共有40960塊處理器。

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

　　需要指出的是，“神威·太湖之光”是首次完全用“中國芯”制造的中國最強大的超級計算機，此前“天河二號”使用的是英特爾至強處理器和Xeon Phi協(xié)處理器。2015年12月，“神威·太湖之光”在國家“863計劃”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。

　　“長期受制于人的被動與屈辱，使我國下決心研發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的‘神威’系列超級計算機?！庇袠I(yè)內(nèi)人士表示，他透露，2015年4月，美國政府宣布，把與超級計算機相關(guān)的4家中國機構(gòu)列入限制出口名單，其目的是想限制中國超級計算機的發(fā)展。這直接導致采購英特爾處理器的“天河二號”未能如期完成攻關(guān)目標。“如今，‘中國芯’‘申威26010’成了我國自主研發(fā)打破30年技術(shù)封鎖的一柄利器。”該業(yè)內(nèi)人士感慨。

　　毫無疑問，在運算速度上，神威太湖之光讓天河二號也“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，被稱作超算應用領(lǐng)域諾貝爾獎的“戈登貝爾”獎，從1987年建立以來，中國團隊從未入圍。今年，基于“神威·太湖之光”系統(tǒng)的三項全機應用已經(jīng)入圍，占全部入圍數(shù)量一半。三項應用分別為中科院軟件所與清華大學、北師大合作的“全球大氣非靜力云分辨模擬”；國家海洋局海洋一所與清華大學合作的“高分辨率海浪數(shù)值模擬”；中科院網(wǎng)絡中心的“鈦合金微結(jié)構(gòu)演化相場模擬”。

　　對此，賽迪智庫電子信息產(chǎn)業(yè)研究所副所長溫曉君博士在接受《經(jīng)濟參考報》記者專訪時表示，我國高效能計算機系統(tǒng)在運算速度指標能力上全球領(lǐng)先，但在負載均衡、功耗優(yōu)化等方面還存在明顯的技術(shù)短板。例如，功耗是國際公認的實現(xiàn)E級超級計算機的主要技術(shù)障礙，亟須在新型體系結(jié)構(gòu)、新的電路實現(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”超級計算機，離普通人的生活有多遠？是不是永遠都是科研人員的專用“工具”？中科院深圳先進技術(shù)研究院副研究員陳榮亮在接受《經(jīng)濟參考報》記者采訪時表示，超級計算機與百姓生活密切相關(guān)，其應用可以簡單通俗地概括為：算天、算地、算人。

　　其實，氣象數(shù)值預報一直是高性能計算機的重要應用領(lǐng)域之一，無論是短期天氣預報還是長期氣候預測，都離不開強大的超級計算機的支持。借助超級計算機預測氣候變化，可以減輕極端天氣給人類帶來的傷害。當前世界，極端氣象事件的影響日趨嚴重，超級計算機將提供有關(guān)發(fā)生可能性低、但破壞性大的氣象事件的預警，對氣候變化做出重要研究。同樣，對天氣情況的準確預報也需要具備迅速完成大量運算的能力。我國自行設計生產(chǎn)的銀河Ⅱ型大型機就曾經(jīng)被使用于天氣預報領(lǐng)域。在2008年北京奧運會中，北京氣象局也采用了超級計算機來為北京及周邊地區(qū)提供精確到小時的天氣預報。

　　為便于污染物擴散，運用超級計算機測算建筑風道選址，更是讓空氣污染預報精確到每個小區(qū)。中科院深圳先進技術(shù)研究院正在國家超算無錫中心進行的一項課題，就是深圳市污染物擴散的模擬?！艾F(xiàn)在已經(jīng)可以實現(xiàn)倒推排查，究竟是哪個排放點導致了某次大氣污染，未來將能夠?qū)崿F(xiàn)每個小區(qū)、每個居民點空氣質(zhì)量的準確預報。”陳榮亮說。

　　而在身體器官檢測等方面，未來要不要做手術(shù)也是電腦說了算。據(jù)悉，歐洲和日本等國的科研人員還開始將超級計算機應用到醫(yī)療領(lǐng)域，通過超級計算機來模擬血流、心臟，甚至任何人體器官的工作。英國醫(yī)學雜志《柳葉刀》認為，目前醫(yī)療研究已經(jīng)進入分子層面，通過超級計算機的大量運算，可以有效地模擬人體器官對各類藥物的反應，這樣做能夠大大縮短新藥物的研發(fā)時間，讓各類新藥物盡快為患者服務；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格為患者提供更有效的藥物。

　　事實上， 超算技術(shù)早已融入人類生活的方方面面。以美國為例，高性能計算應用大致可分為幾類：一類是與國家安全密切相關(guān)的使命性應用，如美國能源部各國家實驗室所從事的核武器設計、試驗、改進和安全儲存的研究，需要超級計算機進行全物理、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)性問題的應用，例如聚變能源、全球氣候變化、新材料設計、新藥創(chuàng)制等；還有一類是以計算促進基礎科學研究和重大科學發(fā)現(xiàn)，例如在宇宙起源、腦功能、基因和蛋白質(zhì)組學、計算物理、計算化學、計算材料等方面的應用。

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

　　其實，超級計算機并非永遠都是科研人員的專用“工具”。隨著科技的日益進步，超級計算機的小型化已成可能。早在2012年，谷歌就在其舉辦的“內(nèi)部搜索”發(fā)布會上公開表示，“響應一個谷歌搜索請求所需的運算量與整個‘阿波羅84計劃’的運算量（包括地面和空中）幾乎一樣多”。更重要的是，現(xiàn)代智能手機和平板電腦所具備的運算能力比以前要占據(jù)一整個房間的許多“巨型電腦”還要強大。預計到2019年，全球智能手機用戶數(shù)量將達到35億，這相當于智能手機的普及率將達到59%，超過2017年的50% ，相比于2013年的28%有了大幅增長。逐漸采用那些能讓人們處理復雜任務的高速運算設備是大勢所趨。最有可能出現(xiàn)的情況是，每個人使用的設備數(shù)量會大幅增加，這些設備不僅具有新功能，還能處理特殊任務。