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中國“超算”超常發展20年:運行速度提高5000多萬倍

http://news.sina.com   2017年06月19日 15:47   中國新聞網

  “神威·太湖之光”超級計算機。資料圖片

  “運算1分鐘相當於72億地球人同時用計算器不間斷計算32年”“相當於200多萬台普通電腦”,這是對目前世界上最快的超級計算機——我國“神威·太湖之光”超級計算機計算能力的形容。這是全球第一台運行速度超過10億億次/秒的超級計算機。國際TOP500組織在德國法蘭克福舉行的“2016世界超算大會”上,宣佈其為2016年的世界冠軍。在今年6月19日的“2017世界超算大會”上,“神威·太湖之光”再次奪冠,“天河二號”名列第二,這是兩台機器第三次聯手佔據榜單前兩名位置。

  而更快的E級——每秒計算百億億次的超級計算機,有望在2020年左右推出,“神威”“曙光”“天河”等系列超級計算機的研究團隊正在加緊研製E級機。

  國家持續投入 20年超常規發展

  “我國的‘超算’確實是走過了一條超常規發展之路。按照國際常規,20年計算速度提高100萬倍,而我們在過去20年裏,‘超算’運行速度提高了5000多萬倍。”錢德沛教授说。他是國家863計劃“高效能計算機及應用服務環境”重大項目總體專家組組長,已連續15年擔任3個“超算”重大專項的負責人。

  863計劃的“超算”事業起步於上世紀90年代初。超級計算機后來被列入《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》中,計划到2020年達到千萬億次計算能力。

  “現在回頭看,當時的目標保守了,千萬億次我們2010年就達到了。”錢德沛回憶,當時對於“超算”的發展路徑還有一些爭議。在這一階段,國家增加了項目經費投入,從最初的6.4億元增加到9.3億元。

  我國“超算”取得的成就引起了國際重視,2011年“世界超算大會”上,錢德沛受邀作特邀報告,這也是中國人第一次被“世界超算大會”邀請作大會報告。

  “高效能計算機及應用服務環境”是從2011年開始的第三個863重大項目,從這個重大項目的名稱看,更加強調應用。項目實施期正處於“十二五”計劃期間,我國“超算”的計算速度又提高了近50倍,“天河二號”“神威·太湖之光”相繼成為世界上最快的計算機。

  總結我國“超算”的發展之路,錢德沛認為,這是國家持續支持的成果,首先在國家層面優先發展,持續投入,集中力量辦大事,中央、地方政府、應用部門多渠道支持;其次,也是科技界團結協作的結果。

  “其實,我們在‘超算’領域的投入還是比較少的,有些環節,5年得到的項目經費投入也才100萬元。在有限經費條件下,我們強調協調發展,走了一條不同於歐美‘超算’發展的道路。”錢德沛说。

  被卡脖子 走出自主可控之路

  就在我國“超算”奔跑在快速路上時,遇到了新問題——美國晶片禁運。

  2015年2月,美國商務部將我國國家超級計算長沙中心、國家超級計算廣州中心、國家超級計算天津中心和國防科技大學四家機構列入晶片限售之列,而這些機器使用的是英特爾微處理器晶片。當時,作為世界上運行最快的計算機,“天河二號”連續拿下了“四連冠”。

  “美國是感覺到了某種威脅,害怕我國一直佔據超級計算機性能的世界冠軍位置。”中國計算機學會高性能計算專業委員會秘書長、中科院研究員張雲泉當時在接受中國青年報·中青在綫記者採訪時,首先點到了美國的“痛處”,因為在此之前,美國、日本等國一直處於“超算”領域領先位置,“我們進步雖快,但也暴露了一個問題,就是我們一直忽略核心處理器的自主化,隨時會被人卡脖子”。

  國防科技大學教授、時任天河二號系統主任設計師盧宇彤隨后明確表示,天河二號系統的100P系統升級目標不會變,時間也在可控的範圍內。

  “禁運促進了我們在‘超算’領域的自主研發。”錢德沛在接受中國青年報·中青在綫記者採訪時说。

  禁運第二年,安裝在國家超級計算無錫中心的“神威·太湖之光”登頂世界冠軍。除了運行速度引人矚目,全面採用國産衆核晶片“申威”和作業系統,軟硬件完全國産化,這更激揚了國人志氣。

  “十三五”期間,“高性能計算”國家重點研發專項啟動, 研製成功百億億次級(E級)計算機是重要目標。

  “E級計算機的方案中,自主可控是首要的,而能耗、應用性能、可編程性、可靠性等,都是我們面臨的重大技術挑戰。”錢德沛说,“從目前看,3個驗證系統各有特點,採取不同的技術路線。但目前還沒有形成完全可行的E級計算機的技術方案,需要繼續探索。

  在自主可控之路上,一批年輕科學家脫穎而出。張雲泉被山東省政府彈性引進,任國家超級計算濟南中心主任。盧宇彤任國家超級計算廣州中心主任。一批70后、80后科學家,成為我國“超算”領域的技術領跑者。

  計算惠民 要做“超算”強國

  張雲泉介紹,將落戶青島的E級計算機,是由國家超算濟南中心、青島海洋國家實驗室、國家並行計算機工程技術研究中心聯合申請的國家科技部重大項目,是國家實驗室重大需求驅動下的“超算”研製的首次嘗試。

  “我們一是要支持國家重大科技創新和戰略性新興産業,二是要服務地方經濟發展。過去是機器牽引需求,現在變為需求驅動計算。”張雲泉介紹,濟南超算中心提出要“頂天”也要“立地”,作為政府主導的超算中心,應用多元化,既有高端計算也要惠民。

  2016年11月,基於“神威·太湖之光”的一個應用項目獲得了有着“超算應用諾奬”之稱的戈登貝爾奬,這是我國首次獲此殊榮。在最終入圍的6個項目中有3個是我國的,都是基於“神威·太湖之光”超級計算機的應用。

  “但是,我們依舊不是‘超算’強國,離強國之路還很遠。”錢德沛分析,雖然在國際TOP500強排行榜上,我國超級計算機上榜的數量與美國相當,“可是這不能代表我們的水平,因為大部分是互聯網應用的機器,而不是以‘超算’為目的建立的系統”。

  錢德沛強調,排名不是我們發展“超算”的根本目的,促進大規模應用、解決國家面臨的挑戰性問題、帶動中國計算機産業的進步,才是我們的目的。具體來说,要提高高校、科研院所運用“超算”進行研究、提高企業利用“超算”解決問題的比例,提高計算的普及程度。

  “現在超級計算機發展進入一個常態階段,不可能長期像過去20年那樣超常規發展。我們要抓緊建立起中國高性能計算發展的生態環境。”錢德沛说。

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