運算速度世界第一的神威·太湖之光超級計算機(jī)到底有多快？

運算速度世界第一的神威·太湖之光超級計算機(jī)

“神威”龐大的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

11月11日至13日，第十三屆中國(無錫)國際設(shè)計博覽會暨2016無錫年度創(chuàng)客大會在無錫太湖博覽中心舉行，在眾多參展的企業(yè)中，國家超級計算無錫中心成為此次博覽會的一大亮點。今年德國法蘭克福國際超算大會(ISC)公布的新一期全球超級計算機(jī)500強榜單中，由該中心研制的“神威·太湖之光”運算速度奪得世界第一，其1分鐘的計算能力，相當(dāng)于全球70多億人同時用計算器不間斷計算32年。

1 她長啥樣?身如巨無霸，“臥室”有1000平米大

無錫濱湖區(qū)，國家超級計算無錫中心，“神威·太湖之光”的機(jī)身就安放在一間約1000平方米的房間內(nèi)。走進(jìn)機(jī)房內(nèi)部迎面而來的是三組巨大的機(jī)柜，其中中間一組機(jī)柜的正面寫著“神威·太湖之光”幾個大字，而在機(jī)箱的上部邊緣還有著不斷閃爍的LED光條。這三組機(jī)柜又由40個運算機(jī)柜和8個網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜組成。工作人員隨機(jī)打開一個機(jī)柜，看起來很像一個寬體式家用雙開門冰箱，而里面卻密密麻麻地排列著運算的抽拉式檔案柜。打開柜門，4塊由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。據(jù)統(tǒng)計，一臺機(jī)柜裝有1024塊處理器，整臺“神威·太湖之光”共有40960塊處理器。

在這些機(jī)柜的后面，運算設(shè)備除了連接著大量網(wǎng)線外，每組運算單元上都接著兩根水管，據(jù)介紹，這是用來冷卻運算設(shè)備的重要組成部分，而這一水冷技術(shù)是“神威系列”超算的一大特點，它可以充分保證對高速運轉(zhuǎn)芯片的降溫效果，而在整個過程中，基本聽不到機(jī)器運轉(zhuǎn)的聲音，只有水冷設(shè)備工作時非常輕微的流水聲。

2 她有多快?最高運算12.5億億次/秒，世界第一

這樣一個“龐然大物”的運行速度究竟有多快?國際超算大會上傳來的數(shù)據(jù)顯示，“神威·太湖之光”系統(tǒng)的峰值性能為12.5億億次/秒，世界第一;持續(xù)性能為9.3億億次/秒，還是世界第一。

“簡單來說，這套系統(tǒng)1分鐘的計算能力，相當(dāng)于全球72億人同時用計算器不間斷計算32年;如果用2016年生產(chǎn)的主流筆記本電腦或個人臺式機(jī)作參照，‘太湖之光’相當(dāng)于200多萬臺普通電腦。”對此，國家超級計算無錫中心主任楊廣文作了一個形象的比較。“每一塊處理器相當(dāng)于20多臺常用筆記本電腦的計算能力，4萬多塊再組裝到一起，速度之快可想而知。”

據(jù)了解，在全球超級計算機(jī)500強榜單上，名列前十的除了“神威·太湖之光”，還有中國的“天河二號”、美國的“泰坦”與“紅杉”、日本的“京”、美國的“米拉”與“三一”、瑞士的“代恩特峰”、德國的“花尾榛雞”和沙特阿拉伯的“沙欣II”。但在運算速度上，“神威·太湖之光”接近“天河二號”的3倍，美國“泰坦”的5倍，超過排名第二到第五的4臺超級計算機(jī)運算速度的總和。

3 她有未來?讓她學(xué)更多“功夫”，配好這“身板”

國家超級計算機(jī)無錫中心副主任黃建國接受記者采訪時說，使用中國自主芯片制造的超級計算機(jī)“神威·太湖之光”技術(shù)超前、硬件一流，但還存在應(yīng)用軟件開發(fā)不足、配套人才少的客觀事實。“相比較基于英特爾芯片開發(fā)的眾多應(yīng)用而言，目前國內(nèi)支持國產(chǎn)申威處理器的應(yīng)用還不多。”黃建國坦言，指令系統(tǒng)不兼用，是目前國家超級計算無錫中心面臨的最嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。“很多企業(yè)現(xiàn)在使用的都是商業(yè)軟件，如果要使用我們的機(jī)器，基礎(chǔ)的指令就要對方自己去編，一些實力薄弱的單位目前還達(dá)不到這個水平。”

盡管在軟件配套上還尚未完善，但國內(nèi)各大機(jī)構(gòu)對超級計算機(jī)的熱情仍是不減。“神威·太湖之光”正式運行一個多月來，國內(nèi)外多個應(yīng)用團(tuán)隊項目通過使用該系統(tǒng)獲得突破，目前已取得60多項應(yīng)用成果。下一步，國家超級計算無錫中心除了進(jìn)一步搭建好硬件平臺外，還將用5到10年時間去優(yōu)化軟件生態(tài)，通過與全國各類高校、企事業(yè)單位的合作，去補缺“國產(chǎn)軟件”少的短板，打破無相應(yīng)配套軟件可用的尷尬。“國外的一些商業(yè)軟件擁有龐大的客戶群，如果基于國產(chǎn)芯片的軟件也有著這么多的話，我們就不用受制于國外了”。黃建國坦言。

4 最核心問題：她能干什么?

完成100年氣象模擬只是小意思

“超級計算機(jī)最大的特點就是與時間賽跑，利用其快速的運算能力，通過數(shù)據(jù)分析幫助各行各業(yè)的研究機(jī)構(gòu)，縮短他們的研發(fā)過程。” 國家超級計算無錫中心推廣培訓(xùn)部的王瓊告訴記者。他舉了一個例子，比如說，氣象預(yù)報是超級計算機(jī)最主要的用途之一。下不下雨關(guān)鍵看云層運動，有了超級計算機(jī)后，就可對云層運動的區(qū)域范圍、軌跡等進(jìn)行精確模擬與觀測。他說，2011年天津“天河一號”觀測精度為10萬公里，“神威藍(lán)光”實現(xiàn)1萬公里精度，而“神威·太湖之光”把精度縮到9公里，如今正向著3公里精度邁進(jìn)。未來有了更快的超算能力支撐，天氣預(yù)報就可以萬無一失了。更值得一提的是，“神威·太湖之光”系統(tǒng)可以在30天內(nèi)完成未來100年的地球氣候模擬，這在之前是不可想象的。有專家表示，以往過去2到3小時才能發(fā)出的海嘯預(yù)警，現(xiàn)在最快十幾分鐘就可完成。

再比如，目前已經(jīng)上市銷售的一款汽車中，其安全系數(shù)、防撞力度等實驗結(jié)果都是通過超級計算機(jī)運算而來。王瓊解釋，在以前，這些實驗都是需要通過真車在現(xiàn)場一輛一輛碰撞而來，現(xiàn)在有了超級計算機(jī)，只需要幾臺車輛進(jìn)行現(xiàn)場模擬后，其仿真的運算結(jié)果和實驗結(jié)果作比對，既能減少企業(yè)產(chǎn)品的研發(fā)成本，又能提高企業(yè)的研發(fā)周期。

還有，在動漫電影中，為了使圖像可以與漫畫或者卡通達(dá)到形似的效果，專業(yè)人員通常使用卡通渲染著色器進(jìn)行處理。一場2個小時的動漫電影，需要很大規(guī)模的渲染過程，一秒鐘播放24幀畫面，每一幀畫面在后期制作過程中都需要渲染，需要24臺機(jī)器同時給這個圖片進(jìn)行渲染，有了超級計算機(jī)后，可以同時給成千上萬幀的圖片進(jìn)行渲染，以前一部動漫電影的后期渲染需要一年，現(xiàn)在可能只需要一個月就可以制作完成。

在醫(yī)療方面，超級計算機(jī)能夠通過掃描真人的血管系統(tǒng)，運用3D建模技術(shù)建立動脈系統(tǒng)模型，成功地再現(xiàn)整個人體的動脈系統(tǒng)。過去，對一個可能發(fā)生腦梗塞的病人，醫(yī)院難以判斷是否要進(jìn)行支架手術(shù)，一般都會通過從大腿動脈處放進(jìn)測壓導(dǎo)絲進(jìn)行測量，這種方式既危險又痛苦。如今，經(jīng)過模擬計算，只要血流儲備分?jǐn)?shù)小于0.8，就要做手術(shù)。

■科普時刻

什么是超級計算機(jī)?

超級計算機(jī)，是一種能夠執(zhí)行一般個人電腦無法處理的大量資料與高速運算的電腦。它的基本組成組件與個人電腦的概念并沒有太大差異，但規(guī)格與性能則強大許多，是一種超大型電子計算機(jī)。具有很強的計算和處理數(shù)據(jù)的能力，主要特點表現(xiàn)為高速度和大容量，配有多種外部和外圍設(shè)備及豐富的、高功能的軟件系統(tǒng)?，F(xiàn)有的超級計算機(jī)運算速度大都可以達(dá)到每秒一太(Trillion，萬億)次以上。

超級計算機(jī)是計算機(jī)中功能最強、運算速度最快、存儲容量最大的一類計算機(jī)，多用于國家高科技領(lǐng)域和尖端技術(shù)研究，是一個國家科研實力的體現(xiàn)，它對國家安全，經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展具有舉足輕重的意義，是國家科技發(fā)展水平和綜合國力的重要標(biāo)志。