超級計算機代表了最強計算力,它反映了一個國家科技綜合實力,被譽為國家科學發展的基石。經過20多年的發展,我國超級計算機技術已經位於世界前列。超級計算機究竟能做什麽呢?

 

  2018年7月5日,泰國當地時間下午5點45分左右,在泰國南部普吉府,兩艘載有127名中國遊客的遊船在返航普吉島途中,突遇特大暴風雨,分別在珊瑚島和梅通島發生傾覆。

 

  中國遊客共75人獲救,47人不幸遇難,事故發生後第三天,一份詳細的出事海域搜救海況信息,從國家海洋局第一研究所發送到泰國前方救援指揮部手中,為前方救援部署提供了準確可靠的科學依據。

 

  國家海洋局第一海洋研究所副所長喬光利

 

  從7月7日起,國家海洋局第一研究所每天早上8點前,都會將一份詳盡的搜救信息準時發送到泰方搜救指揮部,在信息的指引下搜救隊找到了一個又一個失聯人員。

 

  之所以國家海洋局第一研究所,有能力第一時間提供給泰方精準的海況數據,得益於自主原創建立的“浪潮流耦合模式”,該模式把海浪、潮浪、環流等原來習慣於單獨研究的數據全部整合起來一並研究,預報精度才得以大幅提升。這種新模式已經被歐美數個海洋科技發達國家所采用,但耦合起來產生的數據量是驚人的,想采用耦合研究模式的前提是必須擁有強大的超級計算機。

 

  “天河二號”超級計算機

 

  大小超算係統的結合使用成為了海洋一所科研應用的新常態,已經成為了海洋一所科研不可或缺的利器。在試驗室中利用水槽來人工造浪,來精確模擬和控製海浪的大小,將獲得的數據找到規律,用於海浪模式的驗證和演算。

 

  “神威.太湖之光”超級計算機連續四年問鼎全球榜首

 

  央視財經《經濟半小時》欄目視頻

 

  從沈船事故的緊急救援,到風電場選址建設,超級計算機立下了汗馬功勞。超級計算機到底長什麽樣?為什麽會有如此強大的運算能力呢?

 

  2016年6月,由中國國家並行計算機工程技術研究中心研製的,世界首臺峰值運算性能超過每秒十億億次的超級計算機——“神威.太湖之光”就誕生在國家超級計算無錫中心。在過去的兩年裏它連續4次問鼎了全球超級計算機榜首。

 

  國家超級計算無錫中心

 

  國家超級計算無錫中心主任楊廣文:超級計算機實際上就是把眾多處理器通過網絡連起來,然後去解決問題。

 

  “神威.太湖之光”擁有40個運算機艙,每個機艙裏面有1024個核處理器,整套機器中核處理器多達40960個。

 

  我國自主研發的申威26010核處理器就是太湖之光超級計算機的CPU,雖然隻有5平方厘米,但裏面卻擁有數十億個晶體管,集成了260個核運算中心,就是人們通常所說的擁有260核。運算速度達到每秒3萬億次,相當於我們40臺普通家用電腦連接起來每秒運算的總和。而它的運算能力可以達到每秒12.5億億次,相當於全球72億人要用電腦不間斷地計算32年。

 

  楊廣文介紹說,“神威.太湖之光”采用直流供電、全機水冷等關鍵技術,有效解決了超高速運行芯片散熱問題,並建立從處理器、部件、係統到軟件與應用的全方位低功耗設計與控製體係,有效實現係統高效節能。

 

  “神威.太湖之光”采用直流供電技術

 

  國家超級計算無錫中心主任楊廣文:自主研發的管理和控製係統,包括容錯和節點性休眠,它長時間不幹活就讓它休息。

 

  “神威太湖之光”超級計算機憑借優異的性能,自2016年6月發布以來,在全球超級計算機中取得了峰值性能、持續性能、性能功耗比三項世界第一,並連續四次榮獲世界超級計算機TOP500榜單第一。

 

  《紐約時報》網站刊文表示,中國將開發出可以令中國超級計算機更全面、兼容性更好的芯片。

 

  英國廣播公司報道稱,排名的逆轉反映了中國在研發方面的投入增加。最近的一項研究顯示,中國現在占全球超級計算機研發總支出的20%左右。

 

  我國在超算領域長達20多年不斷持續地投入,使我國超算自主創新能力不斷提升,2012年運算速度超越美國位列世界第一,直到6年後,2018年6月美國IBM公司對外宣布,“頂點”超級計算機運算速度達到了每秒20億億次,超過“太湖之光”每秒12.5億億次一舉奪得世界超級計算機頭名的寶座,也是自2012後,美國首次在該領域領先中國。

 

  楊廣文告訴記者,我國“超算”確實是走過了一條超常規發展之路。按照國際常規,20年計算速度提高100萬倍,而我們在過去20年裏,“超算”運行速度提高了5000多萬倍。而伴隨這個發展過程,國外對超算核心部件“禁運”的陰雲,始終籠罩著中國超算人,掌握自主可控的核心技術成為了幾代超算人的夢想,“中國芯”、“申威26010”成了我國自主研發打破30年技術封鎖的一柄利器。

 

  2016、2017連續兩年,“神威太湖之光”係統開發全機應用入圍“戈登貝爾”獎提名。“戈登貝爾”獎,是世界工程界三大最高獎項之一,被譽為“超級計算領域的諾貝爾獎”,由美國計算機協會與美國電氣電子工程師協會聯合頒發,每年頒發給當年在高性能計算應用領域最傑出的研究團隊。“戈登貝爾”獎設立近30年來,幾乎全被美國和日本壟斷,之前中國團隊從未入圍。

 

  2016年度戈登貝爾獎的謎底,在美國鹽湖城舉行的國際超算大會上揭曉,中科院軟件所楊超研究員,與清華大學副教授薛巍、付昊桓等人,聯合北師大組成的研究團隊,憑借在神威太湖之光上運行的“全球大氣非靜力雲分辨模擬應用”,一舉奪得該項錦標,實現了我國高性能計算應用成果在該獎項上零的突破。

 

  由於國外超算研發時間早,應用平臺成熟,在應用領域積累了豐富經驗,而我國“超算”發展起步晚,對於超算係統的應用,要完全通過專業人員,使用計算機專用語言來調用超算運行,專業程度非常高,無形中提高了使用門檻。以往更多地是面向科研機構、高校在使用,許多有超算需求的中小型企業隻能望而興嘆。

 

  2018年7月5日,國家超級計算無錫中心研發的“太湖之光”雲平臺係統正式上線,可以大大降低使用“太湖之光”超級計算機的門檻,中小企業完全能夠輕鬆地使用“太湖之光”。

 

  國家超算無錫中心雲平臺環境部主管趙建喬:我們做這個目的主要是在其中找一個平衡點,讓懂計算機的人他們不需要關心應用的流程到底是什麽樣的,懂應用的人不需要關心在太湖之光上面到底是怎麽算的,隻要把他的要求提出來,我們給他把輸出的結果算出來就可以了。

 

  為了解決國產超算係統應用軟件少、使用成本高這些掣肘超算應用的瓶頸問題。將原有軟件進行轉碼開發的同時,又搭建了“太湖之光”超算雲社區,將應用平臺開放來調動更多客戶資源共同開發軟件,互惠互利促進超算軟件應用發展。

 

  “神威太湖之光”高性能計算機通用雲桌面係統正式上線運行

 

  不僅如此“太湖之光”超算小型機,也已經研發成功,未來“太湖之光”可以根據企業機構不同使用需求來個性化定製屬於自己的超級計算機。

 

  與此同時,超算界的下一頂“皇冠”百億億次的“E級超算”爭奪戰也已經打響,在百億億級領域我國的實力不容小覷。就在美國“頂點”超級計算機研製出不久,國家超算天津中心對外展示了我國新一代百億億次超級計算機“天河三號”原型機,今年7月初“太湖之光”百億億級原型機也已經組裝完成。

 

  作為我國“十三五”高性能計算機課題組專家成員,楊廣文介紹按照我國“十三五”重大科技專項計劃,再過2到3年後,我國將完成百億億次超級計算的研製。此次“百億億級”產品研發的設計理念將進行重大調整,從原先單一的速度發展,向速度和應用並跑發展的重大改變。

 

  半小時觀察:科技,既要重研發也要重推廣

 

  超級計算機的研製能力是衡量一個國家科技水平的重要標誌,這樣的高科技絕對是高大上,但高大上並不意味著不食人間煙火,科技成果如果隻是掛在墻上、鎖在櫃中就失去了應有的價值。對科技,我們既要重研發,也要重推廣。眼下,超算在國內各行各業得到了廣泛、良好的應用,我們希望有更多的科技成果能夠像超算這樣,為經濟發展、社會生活提供服務。