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中国“超算”超常发展20年:运行速度提高5000多万倍

2017-06-20 08:32 来源:中国青年报 
2017-06-20 08:32:33来源:中国青年报作者:责任编辑:胡连娟

  “神威·太湖之光”超级计算机。资料图片

  “运算1分钟相当于72亿地球人同时用计算器不间断计算32年”“相当于200多万台普通电脑”,这是对目前世界上最快的超级计算机——我国“神威·太湖之光”超级计算机计算能力的形容。这是全球第一台运行速度超过10亿亿次/秒的超级计算机。国际TOP500组织在德国法兰克福举行的“2016世界超算大会”上,宣布其为2016年的世界冠军。在今年6月19日的“2017世界超算大会”上,“神威·太湖之光”再次夺冠,“天河二号”名列第二,这是两台机器第三次联手占据榜单前两名位置。

  而更快的E级——每秒计算百亿亿次的超级计算机,有望在2020年左右推出,“神威”“曙光”“天河”等系列超级计算机的研究团队正在加紧研制E级机。

  国家持续投入 20年超常规发展

  “我国的‘超算’确实是走过了一条超常规发展之路。按照国际常规,20年计算速度提高100万倍,而我们在过去20年里,‘超算’运行速度提高了5000多万倍。”钱德沛教授说。他是国家863计划“高效能计算机及应用服务环境”重大项目总体专家组组长,已连续15年担任3个“超算”重大专项的负责人。

  863计划的“超算”事业起步于上世纪90年代初。超级计算机后来被列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中,计划到2020年达到千万亿次计算能力。

  “现在回头看,当时的目标保守了,千万亿次我们2010年就达到了。”钱德沛回忆,当时对于“超算”的发展路径还有一些争议。在这一阶段,国家增加了项目经费投入,从最初的6.4亿元增加到9.3亿元。

  我国“超算”取得的成就引起了国际重视,2011年“世界超算大会”上,钱德沛受邀作特邀报告,这也是中国人第一次被“世界超算大会”邀请作大会报告。

  “高效能计算机及应用服务环境”是从2011年开始的第三个863重大项目,从这个重大项目的名称看,更加强调应用。项目实施期正处于“十二五”计划期间,我国“超算”的计算速度又提高了近50倍,“天河二号”“神威·太湖之光”相继成为世界上最快的计算机。

  总结我国“超算”的发展之路,钱德沛认为,这是国家持续支持的成果,首先在国家层面优先发展,持续投入,集中力量办大事,中央、地方政府、应用部门多渠道支持;其次,也是科技界团结协作的结果。

  “其实,我们在‘超算’领域的投入还是比较少的,有些环节,5年得到的项目经费投入也才100万元。在有限经费条件下,我们强调协调发展,走了一条不同于欧美‘超算’发展的道路。”钱德沛说。

  被卡脖子 走出自主可控之路

  就在我国“超算”奔跑在快速路上时,遇到了新问题——美国芯片禁运。

  2015年2月,美国商务部将我国国家超级计算长沙中心、国家超级计算广州中心、国家超级计算天津中心和国防科技大学四家机构列入芯片限售之列,而这些机器使用的是英特尔微处理器芯片。当时,作为世界上运行最快的计算机,“天河二号”连续拿下了“四连冠”。

  “美国是感觉到了某种威胁,害怕我国一直占据超级计算机性能的世界冠军位置。”中国计算机学会高性能计算专业委员会秘书长、中科院研究员张云泉当时在接受中国青年报·中青在线记者采访时,首先点到了美国的“痛处”,因为在此之前,美国、日本等国一直处于“超算”领域领先位置,“我们进步虽快,但也暴露了一个问题,就是我们一直忽略核心处理器的自主化,随时会被人卡脖子”。

  国防科技大学教授、时任天河二号系统主任设计师卢宇彤随后明确表示,天河二号系统的100P系统升级目标不会变,时间也在可控的范围内。

  “禁运促进了我们在‘超算’领域的自主研发。”钱德沛在接受中国青年报·中青在线记者采访时说。

  禁运第二年,安装在国家超级计算无锡中心的“神威·太湖之光”登顶世界冠军。除了运行速度引人瞩目,全面采用国产众核芯片“申威”和操作系统,软硬件完全国产化,这更激扬了国人志气。

  “十三五”期间,“高性能计算”国家重点研发专项启动, 研制成功百亿亿次级(E级)计算机是重要目标。

  “E级计算机的方案中,自主可控是首要的,而能耗、应用性能、可编程性、可靠性等,都是我们面临的重大技术挑战。”钱德沛说,“从目前看,3个验证系统各有特点,采取不同的技术路线。但目前还没有形成完全可行的E级计算机的技术方案,需要继续探索。

  在自主可控之路上,一批年轻科学家脱颖而出。张云泉被山东省政府弹性引进,任国家超级计算济南中心主任。卢宇彤任国家超级计算广州中心主任。一批70后、80后科学家,成为我国“超算”领域的技术领跑者。

  计算惠民 要做“超算”强国

  张云泉介绍,将落户青岛的E级计算机,是由国家超算济南中心、青岛海洋国家实验室、国家并行计算机工程技术研究中心联合申请的国家科技部重大项目,是国家实验室重大需求驱动下的“超算”研制的首次尝试。

  “我们一是要支持国家重大科技创新和战略性新兴产业,二是要服务地方经济发展。过去是机器牵引需求,现在变为需求驱动计算。”张云泉介绍,济南超算中心提出要“顶天”也要“立地”,作为政府主导的超算中心,应用多元化,既有高端计算也要惠民。

  2016年11月,基于“神威·太湖之光”的一个应用项目获得了有着“超算应用诺奖”之称的戈登贝尔奖,这是我国首次获此殊荣。在最终入围的6个项目中有3个是我国的,都是基于“神威·太湖之光”超级计算机的应用。

  “但是,我们依旧不是‘超算’强国,离强国之路还很远。”钱德沛分析,虽然在国际TOP500强排行榜上,我国超级计算机上榜的数量与美国相当,“可是这不能代表我们的水平,因为大部分是互联网应用的机器,而不是以‘超算’为目的建立的系统”。

  钱德沛强调,排名不是我们发展“超算”的根本目的,促进大规模应用、解决国家面临的挑战性问题、带动中国计算机产业的进步,才是我们的目的。具体来说,要提高高校、科研院所运用“超算”进行研究、提高企业利用“超算”解决问题的比例,提高计算的普及程度。

  “现在超级计算机发展进入一个常态阶段,不可能长期像过去20年那样超常规发展。我们要抓紧建立起中国高性能计算发展的生态环境。”钱德沛说。

[责任编辑:胡连娟]
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