超算速度竞争背后的“应用蓝海”更可期

 

　　互联网、大数据与实体经济的融合，超算起到关键作用。作为数字经济时代的“引航者”，超算早已成为“兵家必争之器”，从“太湖之光”的惊艳亮相，到美国“顶点”的横空赶超，计算机领域“高速对决”从未停歇！

　　跑赢“速度”是否就意味着抵达“超算”之巅？背后的“应用蓝海”会否是促成超算弯道超车的“潜在拐点”？超级计算机的发展将蝶变怎样的“数字生活”？近日，科技周刊再次探访“神威太湖之光”，专访国家超级计算无锡中心主任杨广文，揭开“速度之争”背后真正的超算面纱。

　　“顶点”横空出世 中国超算被超越了吗

　　从跟跑到并跑，再到领跑，近30年来，杨广文作为中国超算发展的见证者，感喟于改革开放下，中国计算机研发的突飞猛进，特别是近年来，联想、曙光、浪潮等一批民企在自主研发领域的大有作为，为中国计算机匹配“世界速度”加足马力。

　　近日，随着美国“顶点”计算机浮点运算速度峰值达每秒20亿亿次（200PFlops），连续3年问鼎“速度之巅”的“神威太湖之光”被世人认为就此“走下神坛”。“顶点”的速度赶超是否意味着“中国超算机”已被赶超？杨广文采访中解读表示，“顶点”目前的速度是十亿亿次级，和太湖之光仍属于一个速度量级，就目前计算机速度和拥有机械量来看，中国和美国的“计算机之争”并没有产生有“质”的变化，排位也未变。

　　事实上全球在超级计算机排名座次上基本是交替轮换的格局，而且通常可预期，因为每一代超级计算机的问世都是需要经过几年的研发，进行提前布局。美国曾长期垄断该榜单榜首位置。2010年，中国“天河一号”首次在该榜单登顶，但半年后即被日本的“京”拉下马。不过，“京”也只支撑了一年，榜首位置又被美国夺了回去，并一直保持到2013年。其后是中国的“神威太湖之光”保持了几年，今年是美国的“顶点”。

　　“太湖之光”的下一个“中国速度”在哪？杨广文透露，我国已经在规划建设每秒可进行百亿亿次并行计算的下一代超级计算机，预计2020—2021年可问世。根据国家“十三五”重大计划，“高性能计算机”被视作国家战略性的高技术，被科技部立项。争取主导机型，技术向下引导产业，解决重大科学、工程问题……拥有完全自主研发的高性能计算机，被视作“国之重器”并不为过，无论是制造业转型升级，还是抢占互联网下半场先机，都有赖于计算机技术这一“压舱石”，中国在计算机领域的布局，可谓 “分秒必争”。

　　比起速度“巅峰对决”

　　更呼唤“应用蓝海”

　　“顶点”的横空出世，并没有让杨广文和他的同行们感受到焦虑，一方面，以美国在计算机领域的基础和实力，布局这样的“赶超”并不意外，另一方面，比起速度，当前计算机领域的“大国之争”更侧重于应用。

　　“不止中国，当前，发达国家都在做计算机研发方面的规划，对于现阶段的中国计算机来说，最重要的不是研发，而是商业化的问题。”杨广文点破关键。自从2016年6月正式接管“太湖之光”运维任务后，杨广文和他的团队，就一直致力于用这台超级计算机解决重大课题，数亿量级的海量数据马不停蹄地“奔跑”在这台昼夜不歇的“太湖之光”中，为产业转型发展提供新的解决方案，也为这个时代“刷新”思维路径。

　　汽车船舶设计、飞机叶片模拟、基因制药、数字化气候分析……越来越多的行业领域，正尝试用超算攻克技术瓶颈，实现发展上的“弯道”超车。杨广文以目前和国家气候中心共建的数字气候系统为例，“中国以及‘一带一路’沿线国在内的2500万平方公里的气候数据，都正在太湖之光‘跑’着，利用超算分析，气候分辨率能精确到3公里内。”杨广文表示，比如通过风力的数据分析，可以为在哪些地方建立风力发电厂做决策参考。

　　比起“提速”以及计算机性能本身的研发，杨广文直言，计算机“应用”是我国的短板，积累不够、应用支撑不深是症结所在。中国超级计算在并行软件研发与应用产业化上远远落后于美国。这次美国的“顶点”在研发的同时，主要为哪些应用提供服务与计算目标任务已经非常明确，是研以致用。中国对于超级计算的推动，应该“软件”和“硬件”两手都得硬，才能够让超级计算更好地服务于国家的重大科研工程，服务于国民经济的发展。

　　“超算是一门交叉学科，既需要计算机专业人员，也需要应用层的人才队伍。”杨广文认为，创新体制机制，科学布局超算生态的人才结构是当务之急。此外，为推进超算应用，杨广文建议，国家布局重大应用时，可将超算应用纳入规划，引导项目和企业“尝鲜”，一方面数值模拟和数据分析可作用于行业转型，另一方面各类课题也可推动计算机的“研以致用”。

　　高速而来

　　超算开启“数字生活”

　　纵观移动互联网高速发达的今天，数字生活仍是碎片化的，手机终端和移动互联网并没有主动性。在进入全数字时代后，数据沉淀和超算分析，将加剧更替我们的生产、生活。

　　虽然人类研究地质学已经有很长时间了，也基本掌握了一些地质理论，可石油勘探还是有点像瞎猫撞“死耗子”，一群勘探队员在有限的理论预测指导下，风餐露宿，奋战在荒原戈壁，一杆子捅下去，不见油，就再换一个地方……怎样才能让“瞎眼”睁开呢？就像常说的寻宝一样，勘探队也需要一张寻宝图，这张图就是地质构造图，它是依据地震时不同地质构造的反应绘制出来的，这就需要超级计算机进行大规模的计算。

　　同样需要“超算”解码的还有人类本身。在生命科学的应用方面，超算始终在努力，20世纪，人们知道了基因是物种多样化的根本原因，然而人的“命”依旧需要算法破译，探索基因图谱背后的生命故事，超级计算机不可或缺。

　　“一部动画片的背后，体现的是一个国家的计算机实力”这种说法并不为过，动漫渲染是动漫制作的核心环节，通过模型、光线、材质、阴影等将设计转换为具体图像，计算需求巨大。利用超算应用系统，山东大学完成了国产渲染软件的百万核规模高效并行，形成逼真画面的同时，也大大缩短了动漫作品的制作周期。

　　“太湖之光”未来可期

　　即将迎来“再升级”

　　国家对下一代超级计算机的布局，是否意味着“太湖之光”功成身退？杨广文透露，下一步，太湖之光将迎来新的使命——实现再升级，而其使用的我国自主研发的“申威”芯片，也将应用于小型“超算机”。

　　“小型‘超算机’就是将大型的设备做成小型化。”杨广文介绍，小型“超算机”在处理器、内存、硬盘等架构的配置上更加灵活，可以根据用户应用的需求制定一体化的技术方案，使用更为方便，将为用户提供更加完备的解决方案，一些小型单位的计算也可以用上“神威太湖之光”的技术。

　　小型“超算机”与超算使用的一样，都是“申威”CPU。小型“超算机”的研制，同样基于申威26010众核处理器的EEB服务器构建小型化超算平台，小型“超算机”的研发将与“太湖之光”超级计算机一起形成高低搭配、互融互通的超级计算开发和运行环境。

　　目前，小型“超算机”主要面向中高端高性能计算应用，可以广泛应用于大型科学工程计算、气象模拟、先进制造模拟、证券公司的结算系统，各大银行等的密码计算等。未来，小型“超算机”主要面向的客户是“以计算为重”的相关单位，且可以同时实现计算与存储功能，为此一批计算与存储同时使用的用户也是潜力客户。

　　记者 王梦然 张 宣