“神威·太湖之光”問鼎世界超算冠軍

想象一下，滴答一聲，就能計算十億億次，這是多快的運算速度？

如果把200多萬臺2016年生產(chǎn)的普通電腦加起來，只能跟它打個平手。它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。

這個快到令人咋舌的超級計算高手就是我國自主研制的“神威·太湖之光”計算機系統(tǒng)。6月20日，在德國法蘭克福舉行的國際超算大會上發(fā)布了全球超級計算機TOP500榜單，“神威·太湖之光”以近三倍于第二名的運算速度摘得桂冠。更令人振奮的是，它實現(xiàn)了包括處理器在內(nèi)的全部核心部件的國產(chǎn)化。

開機一分鐘，地球人算32年

系統(tǒng)的峰值性能125.436PFlops，世界第一。

持續(xù)性能93.015PFlops，世界第一。

性能功耗比6051MFlops/W，還是世界第一。

國際超算大會上傳來的消息光看數(shù)據(jù)讓人不明就里。

“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作參照，‘太湖之光相當(dāng)于200多萬臺普通電腦?！眹页売嬎銦o錫中心主任楊廣文介紹。

走進國家超級計算無錫中心，1000平方米的房間內(nèi)，擺放著“神威·太湖之光”的“真身”：由40個運算機柜和8個網(wǎng)絡(luò)機柜組成。每個運算機柜比家用的雙門冰箱略大，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。一臺機柜就有1024塊處理器，整臺“神威·太湖之光”共有40960塊處理器。

“每一塊處理器的計算能力與20多臺常用筆記本電腦相當(dāng)，4萬多塊再組裝到一起，速度之快可想而知?！睏顝V文說。

我國已經(jīng)步入信息時代數(shù)十年，但是從個人電腦到超級計算機，中國科研人員都有一種說不出的痛——CPU基本依賴進口。

2015年4月，美國政府宣布，把與超級計算機相關(guān)的4家中國機構(gòu)列入限制出口名單，目的是想限制中國超級計算機的發(fā)展。這直接導(dǎo)致采購因特爾處理器的“天河二號”未能如期完成攻關(guān)目標(biāo)。

長期受制于人的被動與屈辱，使我國下決心研發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的“神威”系列超級計算機。

2015年12月，“神威·太湖之光”在國家“863計劃”的重點支持下，由科技部、江蘇省和無錫市共同出資17.95億元，在國家并行計算機工程技術(shù)研究中心研制成功。

“在5厘米方寸之間，集成了260個運算核心，數(shù)十億晶體管，達到了每秒3萬多億次計算能力，相當(dāng)于3臺2000年全球排名第一的超級計算機?！眹也⑿杏嬎銠C工程技術(shù)研究中心副主任梁軍介紹，“神威·太湖之光”的核心處理器“申威26010”在國家“核高基”重大專項支持下，由國家高性能集成電路設(shè)計中心研制，具備片上融合的異構(gòu)眾核體系結(jié)構(gòu)，以及具有自主知識產(chǎn)權(quán)的指令集和完整的配套軟件生態(tài)系統(tǒng)。

采用這塊強大“中國芯”的“神威·太湖之光”不僅一舉突破封鎖，而且峰值性能、持續(xù)性能、性能功耗比三項關(guān)鍵指標(biāo)均居世界第一，這也是全球第一臺運行速度超過10億億次/秒的超級計算機。

一臺超級計算機的能耗幾乎與一個小型城鎮(zhèn)相當(dāng)，因此能耗控制也至關(guān)重要。

步入“神威·太湖之光”所在的機房，除了空調(diào)聲，沒有其他任何噪音，讓人難以相信這里是世界最快超級計算機的安居之地?！跋到y(tǒng)能效比高達每瓦特60.5億次，比‘天河二號節(jié)能60%以上。”梁軍介紹，這得益于低功耗、高集成度的處理器設(shè)計，獨創(chuàng)的高效水冷技術(shù)和高密度的組裝工藝，軟硬件協(xié)同、智能化的功耗控制方法，實現(xiàn)了層次化、全方位的綠色節(jié)能。

離世界之巔仍有差距

超級計算機被稱為“國之利器”，是國家科技綜合實力的體現(xiàn)，從高端材料到生命科學(xué)和生物技術(shù)，再到深海探測、空間技術(shù)各領(lǐng)域，都離不開超算的支撐。這次好消息一出，有人認為中國超算從此“穩(wěn)穩(wěn)地”屹立世界之巔了。真的是這樣嗎？

楊廣文表示，不可否認，“神威·太湖之光”的成功標(biāo)志著我國超級計算機研制能力已位居世界領(lǐng)先水平，但在技術(shù)儲備、系統(tǒng)穩(wěn)定性方面與發(fā)達國家仍有明顯差距。

速度是超算領(lǐng)域最直接的對決。與“天河二號”榮獲“六連冠”的輝煌相比，此次登頂?shù)摹吧裢ぬ狻币腴L期占據(jù)世界第一變得異常艱難。去年7月，美國啟動“國家戰(zhàn)略計算計劃”，目標(biāo)是到2025年建造世界上運算最快的計算機。

“未來五到十年，從每秒十億億次到每秒百億億次是超算發(fā)展的決勝之地?！眹也⑿杏嬎銠C工程技術(shù)研究中心的相關(guān)科研人員表示，雖然超算大國都在進行部署，但其中需要解決的技術(shù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)非常多，更為關(guān)鍵的是，無論速度有多快，發(fā)展超算始終是為了“致用”，而這仍然是當(dāng)前我國超算發(fā)展的短板。

中科院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心研究員張鑒表示，我國利用超算系統(tǒng)解決問題的能力長期不足，相關(guān)商業(yè)應(yīng)用軟件仍為國外壟斷，在軟件研制、應(yīng)用開發(fā)和人才培養(yǎng)方面還有待進一步提高。將“制好”優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為“用好”優(yōu)勢，才能真正實現(xiàn)對產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新與升級的帶動。

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超級計算機到底有啥用

算天：風(fēng)中哪朵雨做的云？

氣象臺的天氣預(yù)報準(zhǔn)確度一直在提升，這背后其實都是超級計算機的功勞。

北京師范大學(xué)全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院教授王蘭寧介紹：“下不下雨關(guān)鍵看云層運動，在沒有超算之前，觀測云層的精度是按照經(jīng)緯度。有了超算之后，就可對云層運動進行精確模擬與觀測?！?/p>

為了提高觀測進度，他十幾年來追逐著超算發(fā)展的腳步。

2011年，他在天津的“天河一號”上實現(xiàn)了觀測精度10萬公里的目標(biāo)。隨后，他又在“神威藍光”上實現(xiàn)了1萬公里精度。今年，他在“神威·太湖之光”上實現(xiàn)了9公里精度。如今，他又在向著3公里精度努力。

“如果能盯著每一朵云，天氣預(yù)報就將萬無一失?！蓖跆m寧說，當(dāng)然，這還需要更強的超算能力支撐。

算地：既能找飛機，也能抓偷排

尋找MH370是世界科技角力的戰(zhàn)場。大量的衛(wèi)星雷達集中對準(zhǔn)南印度洋，當(dāng)這些高科技眼睛采集到信息后，一個必經(jīng)的環(huán)節(jié)是數(shù)據(jù)處理，擔(dān)當(dāng)這一環(huán)節(jié)的角色即是超級計算機。“只要有足夠精確的相關(guān)數(shù)據(jù)，超算就能找到失事飛機?！鼻迦A大學(xué)副教授黃小猛說。

除了找飛機，還有更多接地氣的事情倚仗超級計算機來解決。

建一棟樓對周邊的環(huán)境到底有什么影響？如何建設(shè)風(fēng)道便于污染物擴散？中科院深圳先進技術(shù)研究院正在國家超級計算無錫中心進行的一項課題，就是深圳市污染物擴散的模擬。通過超算模擬，可以根據(jù)目前污染物的情況，計算出未來一段時間的大氣污染物濃度和分布，進行空氣質(zhì)量預(yù)報。從預(yù)報結(jié)果還可以計算出哪些污染源“貢獻”最大，了解污染的來龍去脈，為污染防控提供決策指導(dǎo)。

算人：醫(yī)療應(yīng)用前景廣

近期，美國科學(xué)家利用世界前十的超級計算機，選取一名真人掃描其血管系統(tǒng)，通過3D建模技術(shù)建立動脈系統(tǒng)模型，成功地再現(xiàn)了整個人體的動脈系統(tǒng)。任何直徑或?qū)挾仍?毫米以上的動脈血管都會出現(xiàn)在模型中，而且模型的分辨率達到了9微米。

只要運算核夠多、速度夠快，醫(yī)療工作者的診斷和治療水平將大大提升。

中科院深圳先進技術(shù)研究院副研究員陳榮亮近日也在利用“神威·太湖之光”對人體血流進行模擬與分析，例如可以及時有效地判定一個病人是否會發(fā)生腦梗塞?！斑^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行支架手術(shù)，一般都會通過從大腿動脈處放進測壓導(dǎo)絲進行測量。如今，經(jīng)過模擬計算，血流儲備分?jǐn)?shù)如果小于0.8，就要做手術(shù)?！标悩s亮說。