超級計算機(jī)的下一步 中國需要打贏應(yīng)用之戰(zhàn)

為了保持在超級計算機(jī)研發(fā)領(lǐng)域的競爭力，歐盟近日宣布，將投入10億歐元用于研制兩套世界級超級計算機(jī)系統(tǒng)，并期望最終超越中國、美國和日本。

雖然超級計算機(jī)的基本組件與個人電腦沒有太大差異，但作為計算機(jī)中功能最強(qiáng)、運(yùn)算速度最快、存儲容量最大的一類計算機(jī)，超級計算機(jī)一直被視為“國之重器”，是世界各國競相角逐的科技制高點(diǎn)，也是一個國家科技實(shí)力的重要標(biāo)志。

談及超級計算機(jī)，可能大家都會覺得離日常生活比較遠(yuǎn)，其實(shí)不然。“超級計算作為一項(xiàng)具有戰(zhàn)略意義的技術(shù)，它的應(yīng)用已不局限于基礎(chǔ)科學(xué)研究，它正在國家安全等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。實(shí)際上，我們生活的方方面面都與超級計算機(jī)有著密切的聯(lián)系。”清華大學(xué)教授、國家超級計算無錫中心主任楊廣文告訴記者。

在石油勘探、高端裝備制造、生物醫(yī)藥、動漫設(shè)計等領(lǐng)域，超級計算機(jī)都有廣闊的應(yīng)用前景。比如，借助超級計算機(jī)的模擬手段，科學(xué)家可在較短的時間內(nèi)從幾十萬甚至幾百萬種化合物中篩選出有效的藥物化合物，這不僅節(jié)省了購買真實(shí)化合物的大量資金，而且大大縮短了藥物研發(fā)的周期。

在最新公布的世界超級計算機(jī)TOP500榜單中，我國的“神威·太湖之光”超級計算機(jī)以每秒12．5億億次的峰值計算能力以及每秒9．3億億次的持續(xù)計算能力，奪得冠軍。它1分鐘的運(yùn)算能力相當(dāng)于72億地球人同時用計算器不間斷計算32年。

“目前，我國是唯一一個超級計算機(jī)的計算能力超10億億次／秒的國家，其他國家超級計算機(jī)的運(yùn)算速度約在幾億億次／秒，大概兩三億億次這樣的一個水平，今年美國可能會推出運(yùn)算速度20億億次／秒左右的超級計算機(jī)。”清華大學(xué)副教授、國家超級計算無錫中心副主任付昊桓對記者說。

我國不僅在超級計算機(jī)的計算性能上做到了國際領(lǐng)先，而且在超級計算機(jī)的擁有量上也名列前茅。在新一期世界超級計算機(jī)500強(qiáng)名單中，我國占了202個，美國占143個。

此番歐盟要想扭轉(zhuǎn)頹勢，研制世界最快的超級計算機(jī)，還需要掃清不少技術(shù)上的“攔路虎”。

比如，我國的“神威·太湖之光”就安裝了40960個中國自主研發(fā)的“申威26010”眾核處理器，同時一個處理器里面有260個核，總共有1000多萬個核。

在楊廣文看來，如何統(tǒng)一調(diào)度上千萬個核，并令應(yīng)用程序能將計算任務(wù)有效分配到這些核上，這是超級計算機(jī)研發(fā)領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)問題。“1000多萬個核去解決一個問題，就相當(dāng)于一個人指揮上千萬人去干活，如果不能科學(xué)管理，就很難實(shí)現(xiàn)每個人工作效率的最大化。超級計算機(jī)也一樣，處理器核心統(tǒng)一調(diào)度的技術(shù)難度也是多方面的。”楊廣文說。

楊廣文表示，首先是芯片技術(shù)，要確定什么樣的芯片最合適；二是芯片的互聯(lián)技術(shù)，這么多的芯片，用什么方法聯(lián)起來最高效；三是功耗，要盡量降低功耗；四是管理技術(shù)，這么多芯片該如何管理，怎樣才能及時發(fā)現(xiàn)問題；最后硬件完成以后，還得有應(yīng)用程序，這樣就形成了一個超算的生態(tài)，使用中需要不斷完善、不斷更新。所以，要想研制全球最快的超級計算機(jī)，需要全方位的技術(shù)突破。

付昊桓還表示，雖然近幾年因?yàn)榻?jīng)費(fèi)問題，歐盟有關(guān)超級計算機(jī)的研發(fā)相對滯后，但其實(shí)歐盟在超級計算機(jī)的研發(fā)方面已有相應(yīng)的技術(shù)積累，比如芯片研發(fā)、系統(tǒng)制造。

與此同時，歐盟提出研制最快超級計算機(jī)也引發(fā)了網(wǎng)友關(guān)于未來的超級計算機(jī)將會朝著什么方向發(fā)展的討論。

“實(shí)際上，現(xiàn)在大家都在探索下一代超級計算機(jī)的發(fā)展方向，但到目前為止還沒有定論。無論在結(jié)構(gòu)上還是在采用的技術(shù)方案上都沒有明確的說法，大家還在不斷研究，各國都在摸索。”楊廣文說。

付昊桓表示，下一代的超級計算機(jī)，雖然速度上肯定還會提升，但在應(yīng)用的層面上會有變化。傳統(tǒng)的高性能計算機(jī)更多地用于模擬工作，但最近幾年有關(guān)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用越來越多，未來的超級計算機(jī)可能會比較注重計算與大數(shù)據(jù)的融合。

國際超算界已把超級計算機(jī)的下一個速度峰值鎖定為E級即百億億次／秒。國家“863計劃高性能計算機(jī)及其核心軟件”重大專項(xiàng)總體組組長、中山大學(xué)錢德沛教授曾表示：“從速度上說，百億億次相當(dāng)于現(xiàn)在最快計算機(jī)的10倍；在計算密度、通信速率、功率能耗等方面，更是提升了一個數(shù)量級。”當(dāng)前，百億億次計算機(jī)已成為世界各國激烈爭奪的“制高點(diǎn)”。同時，楊廣文也表示，在下一代超算的競爭中，中國不僅要打贏速度之戰(zhàn)，更要打贏應(yīng)用之戰(zhàn)。

長久以來，應(yīng)用被認(rèn)為是我國超算發(fā)展的主要短板。

但在楊廣文看來，事情已經(jīng)有了變化。他表示，到目前為止，“神威·太湖之光”已完成應(yīng)用17項(xiàng)，在天氣氣候、航空航天、海洋科學(xué)等重要領(lǐng)域取得了一些應(yīng)用成果。最近幾年，我國已在超算的應(yīng)用上取得了長足的進(jìn)步，也受到了國外相關(guān)研究人員的高度關(guān)注。