超级计算机如何超算“致用”

2016-07-22 20:08:50 来源:《中国改革报》 

    □ 本报记者 斯 兰 薛秀泓

    近日,从德国法兰克福2016国际超级计算大会上传来喜讯,我国自主研制的“神威·太湖之光”荣登世界超级计算机500强榜首。更令人振奋的是,该套系统实现了包括处理器在内的所有核心部件全国产化。

    另一喜讯是,中国国防科技大学研制的“天河二号”超级计算机以每秒33.86千万亿次的浮点运算速度,挤掉了美国的“泰坦”,成为全球最快的超级计算机。

    虽然上述两个超级计算机成功突围,但在整体实力上,中国较超级计算机第一大国——美国还有不小的差距。有业内人士表示,如果从效率、实用性这些角度考量,中国的超级计算机们仍然缺了些“实用性”。

    取得突破性进展

    在国家“863计划”和“核高基”重大专项支持下,“神威·太湖之光”由国家并行计算机工程技术研究中心研制,安装在国家超级计算无锡中心,其采用的申威众核处理器由国家高性能集成电路设计中心研制。通过自主研发高性能处理器、构建软件生态,“神威·太湖之光”打破了国外技术封锁,真正实现软硬件系统的完全自主可控,取得了突破性进展。

    该计算机峰值计算速度达每秒12.54亿亿次,持续计算速度每秒9.3亿亿次,性能功耗比为每瓦60.51亿次,三项关键指标均排名世界第一。“简单来说,这套系统1分钟的计算能力,相当于全球72亿人同时用计算器不间断计算32年;如果用2016年生产的主流笔记本电脑或个人台式机作参照,‘太湖之光’相当于200多万台普通电脑。”国家超级计算无锡中心主任杨广文介绍说。

    “神威·太湖之光”超级计算机在成果应用上也取得重大进展。在试运行期间,清华大学、北京大学、中科院软件所、中船重工702所、国家计算流体力学实验室等30多家用户单位,在天气气候、航空航天、海洋科学、新药创制、先进制造、新材料等领域,与超算无锡中心建立了应用合作关系。其中,有三个在“神威·太湖之光”超级计算机上开展的应用课题获“戈登贝尔奖”提名。这也是中国人在国产超级计算机上的应用课题首次入围“戈登贝尔奖”。

    国家超级计算无锡中心副主任付昊桓表示,依托“神威·太湖之光”,以清华大学为主体的科研团队首次实现了百万核规模的全球10公里高分辨率地球系统数值模拟,这一成果将全面提高我国应对极端气候和自然灾害的减灾防灾能力;国家计算流体力学实验室对“天宫一号”返回路径的数字模拟,将为“天宫一号”顺利回家提供精确预测;上海药物所开展的药物筛选和疾病机理研究,短短2周就完成常规需要10个月的计算,大大加速了白血病、癌症、禽流感等方面的药物设计进度。

    与美国相比有差距

    虽然“神威·太湖之光”“天河二号”成功突围,但在整体实力上,中国较美国还有不小的差距。在数量上看,美国拥有全球500强超级计算机中的253个,总数较其他国家和地区的总和还要多,显示出明显优势。

    此外,即便非“美国产”的超级计算机也几乎都是使用“美国”芯片。“天河二号”使用的芯片95%来自美国英特尔公司,仅5%为国产。

    业内人士表示,虽然中国也有纯国产的处理器,但国产处理器在速度和稳定性上都存在差距。“如果全部以国产芯片作为核心,‘天河二号’所需的芯片数就会更多,制造难度也会更大。”业内人士指出,所有芯片和技术纯国产的“神威蓝光”超级计算机在效能和速度上相比国际先进水平就要差几个档次,甚至不属于超级计算机的第一梯队。

    不过,芯片“本地化”不足并不是大问题,中国超级计算机使用“美国芯片”其实也无伤大雅。杨广文表示,“神威·太湖之光”的成功,标志着我国超级计算机研制能力已位居世界领先水平,但在技术储备、系统稳定性方面与发达国家仍有明显差距。

    “实用性”还是短板

    要真正从“超算大国”发展为“超算强国”,中国还面临核心技术、软件配套及应用前景拓展等多方面障碍。

    速度之争是超算领域最为直接的对决。“神威·太湖之光”要想长期占据世界第一的地位变得异常艰难。去年7月,美国启动“国家战略计算计划”,目标是到2025年建造世界上运算最快的计算机。

    “未来5年~10年,虽然超算大国都在进行部署,但其中需要解决的技术关键环节非常多。”国家并行计算中心的相关科研人员说,以能耗为例,“神威·太湖之光”一年的用电量达到15兆瓦,相当于3个清华大学的用电量。以现有技术即使能够实现百亿亿次,能源消耗将十分惊人。

    软件配套上存在“重硬件、轻软件”的倾向,导致目前相关商业应用软件主要为国外所垄断。据统计,国内超级计算机研发经费中用于开发应用软件的不足10%,而在美国这一比例为30%以上。“某种程度上,超级计算机系统的应用比计算机本身更重要。因为没有软件,计算机就是个空壳。”中科院深圳先进技术研究院副研究员陈荣亮透露,“我们正在逐步加大软件的研发,但相关人才还比较匮乏。”

    更为关键的是,无论速度有多快,发展超算始终是为了“致用”,而这仍然是当前我国超算发展的短板。

    中科院计算机网络信息中心研究员张鉴表示,我国利用超算系统解决问题的能力长期不足,将“制好”优势转化为“用好”优势,才能真正实现对产业创新与升级的带动。

    “超级计算机的发展根本动力来自于需求,最终目的应该是造福人类。在这一基本认知下,中国发展超算应该从需求出发,解决最迫切的应用问题。”863重点专项专家组组长钱德沛强调,我们要有争第一的意识,但不要太在意,还是要从应用出发。

    钱德沛表示,未来,我国超级计算机应在四个方面发挥作用:一是全球高分辨率模拟,为气候变化研究提供量化研究的基础;二是先进制造,强大的计算机将助力“中国制造”转向“中国创造”;三是生命科学,为研发新药和探索生命奥秘提供支撑;四是大数据分析,应用需求和算法的发展,将不断推动超级计算机跑得更快、更强。

[责任编辑:尹超]