“當(dāng)驚世界殊”：百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)向我們走來(lái)

高榮偉

10月27日，從國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心獲悉，由該中心牽頭的“E級(jí)高性能計(jì)算機(jī)原型系統(tǒng)”研制項(xiàng)目正式啟動(dòng)，速度將十倍于目前世界最快。

國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心，是經(jīng)國(guó)家科委批準(zhǔn)，于1992年8月開(kāi)始組建，1996年6月通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收，中心總部設(shè)在北京市海淀區(qū)。中心組建的目的是開(kāi)發(fā)商品化的并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，逐步形成我國(guó)的高性能并行計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)，并將產(chǎn)品推向國(guó)內(nèi)、國(guó)際兩個(gè)市場(chǎng)。公開(kāi)資料顯示，1999年10月，中心研制的第一臺(tái)神威-I型機(jī)進(jìn)入國(guó)家氣象局業(yè)務(wù)運(yùn)行，并以此為基礎(chǔ)成立了北京高性能計(jì)算機(jī)應(yīng)用中心。2001年1月，以中心研制的第二臺(tái)神威-I型并行計(jì)算機(jī)為主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的上海超級(jí)計(jì)算中心成立。2012中心因?yàn)槌晒ρ邪l(fā)全部裝備“中國(guó)芯”及具有全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“神威藍(lán)光”高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在中央電視臺(tái)2012年度“創(chuàng)新改變中國(guó)”科技盛典中，榮獲創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)獎(jiǎng)。

據(jù)悉，目前世界上運(yùn)算速度最快的就是由國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心研制的“神威·太湖之光”超級(jí)計(jì)算機(jī)，峰值性能為125.436PFlops，也就是每秒執(zhí)行超過(guò)12.5億億次浮點(diǎn)計(jì)算。目前啟動(dòng)的新超算將提高到全新的E級(jí)，即ExascaIe（1000PFIops），每秒以百億億次浮點(diǎn)計(jì)算，將為航天、材料、氣候氣象等多領(lǐng)域關(guān)鍵應(yīng)用提供強(qiáng)有力支撐。何為E級(jí)超算？所謂E級(jí)超算，是指每秒可進(jìn)行百億億次數(shù)學(xué)運(yùn)算的超級(jí)計(jì)算機(jī)，被全世界公認(rèn)為“超級(jí)計(jì)算機(jī)界的下一頂皇冠”，它將在解決人類(lèi)共同面臨的能源危機(jī)、污染和氣候變化等重大問(wèn)題上發(fā)揮巨大作用。何為“百億億次”？中國(guó)國(guó)家超算天津中心主任助理孟祥飛表示，已啟動(dòng)樣機(jī)研制的中國(guó)百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)的浮點(diǎn)計(jì)算處理能力將達(dá)到10的18次方，是“天河一號(hào)”的200倍，其工作一小時(shí)相當(dāng)于全體國(guó)人上萬(wàn)年的工作量。

“原型系統(tǒng)可以良好地支撐高性能計(jì)算、深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等領(lǐng)域應(yīng)用，加快技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，對(duì)我國(guó)高性能計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展有重大支撐作用?！敝锌剖锕飧笨偛蒙吵喝缡钦f(shuō)。業(yè)內(nèi)人士介紹，超級(jí)計(jì)算機(jī)是世界高新技術(shù)領(lǐng)域的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，是國(guó)家綜合國(guó)力和競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)志，美、日、歐、俄等發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛加大投入，而美國(guó)則將E級(jí)計(jì)算機(jī)上升為國(guó)家戰(zhàn)略。

我國(guó)也將E級(jí)超算的研究寫(xiě)入了國(guó)家“十三五”規(guī)劃。據(jù)悉，科技部國(guó)家重點(diǎn)專項(xiàng)共支持了三種不同技術(shù)路線的E級(jí)原型系統(tǒng)，國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心負(fù)責(zé)的只是其中之一，國(guó)防科技大學(xué)、中科曙光也在做。從我國(guó)高性能計(jì)算機(jī)角度分析，多年來(lái)，位于天津的中科曙光在國(guó)家“863”“核高基”等重大專項(xiàng)支持下，一直致力于在高性能計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的探索與研發(fā)。2004年6月，每秒運(yùn)算11萬(wàn)億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)曙光4000A研制成功，落戶上海超級(jí)計(jì)算中心，進(jìn)入全球超級(jí)計(jì)算機(jī)前十名，從而使中國(guó)成為繼美國(guó)和日本之后，第三個(gè)能研制10萬(wàn)億次高性能計(jì)算機(jī)的國(guó)家。從曙光一號(hào)、曙光1000到曙光6000，先后研制成功了百萬(wàn)億次和千萬(wàn)億次高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一直代表國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算系統(tǒng)的最高水平，見(jiàn)證了我國(guó)高性能計(jì)算機(jī)從跟跑、并跑到領(lǐng)跑的全過(guò)程。新華社報(bào)道，6年前，中國(guó)首臺(tái)千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河一號(hào)”落戶天津，且以每秒4700萬(wàn)億次的峰值性能獲得世界超級(jí)計(jì)算機(jī)排名第一的殊榮。

雖然中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)一直走在世界前列，但科研人員的腳步并沒(méi)有因此放緩。據(jù)了解，中國(guó)新一代百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)主要特點(diǎn)是突出“全自主”，自主芯片、自主操作系統(tǒng)、自主運(yùn)行計(jì)算環(huán)境，樣機(jī)預(yù)計(jì)在2017年底至2018年初完成。此前，“神威·太湖之光”用上了純國(guó)產(chǎn)核心處理器，已經(jīng)震驚世界，而此次新的E級(jí)原型系統(tǒng)將進(jìn)行全面提檔升級(jí)，全面配備國(guó)產(chǎn)的處理器、高性能網(wǎng)絡(luò)，以及自主設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用，具有全套知識(shí)產(chǎn)權(quán)。所有這一切，“當(dāng)驚世界殊”，必將再次吸引全球的目光。

目前“天河一號(hào)”系統(tǒng)使用率超過(guò)90%，已進(jìn)入“飽和”運(yùn)行狀態(tài)，并發(fā)運(yùn)行的作業(yè)數(shù)量達(dá)到1200余個(gè)，先后服務(wù)國(guó)家重大重點(diǎn)科研項(xiàng)目超過(guò)1000個(gè)，為企業(yè)帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)效益超過(guò)20億元。據(jù)悉，今年國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心同國(guó)防科技大學(xué)聯(lián)合開(kāi)展我國(guó)新一代百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)研制?！靶乱淮袊?guó)百億億次超算與現(xiàn)有超算相比，不僅是計(jì)算能力上的擴(kuò)展，在計(jì)算密度、單塊計(jì)算芯片計(jì)算能力、內(nèi)部數(shù)據(jù)通信速率都將得到極大提升?！泵舷轱w說(shuō)，科技創(chuàng)新真正為產(chǎn)業(yè)發(fā)展服務(wù)，才是其最根本目標(biāo)。他強(qiáng)調(diào)，如何將更多航空航天、石油、氣候氣象等成熟應(yīng)用軟件移植到中國(guó)百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)平臺(tái)上且保證其高效運(yùn)行，是研發(fā)團(tuán)隊(duì)面對(duì)的重要課題。針對(duì)E級(jí)計(jì)算可能帶來(lái)的眾多難題，中科曙光從計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)冷卻和可靠性等方面，針對(duì)性地布局E級(jí)計(jì)算。

中心副主任梁軍介紹，E級(jí)計(jì)算機(jī)在效率、能耗、可靠性和應(yīng)用適應(yīng)性等方面仍面臨前所未有的挑戰(zhàn)，具有很多不確定性。本次研發(fā)具有一定規(guī)模的E級(jí)計(jì)算機(jī)原型系統(tǒng)，將充分驗(yàn)證國(guó)產(chǎn)核心技術(shù)和創(chuàng)新技術(shù)的有效性，為實(shí)現(xiàn)E級(jí)以上規(guī)模計(jì)算機(jī)提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

“針對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)劃周期長(zhǎng)、建設(shè)成本高、運(yùn)維復(fù)雜、系統(tǒng)利用效率低、數(shù)據(jù)聚合性差等問(wèn)題，中科曙光推出了‘立體化數(shù)據(jù)中心?！鄙吵航榻B說(shuō)，立體數(shù)據(jù)中心同時(shí)兼有模塊化、綠色化、智能化、分離融合、高密度等特點(diǎn)，可滿足E級(jí)計(jì)算對(duì)數(shù)據(jù)中心的需求?！熬G色節(jié)能與智能化將是成熟數(shù)據(jù)中心的‘標(biāo)配，未來(lái)數(shù)據(jù)中心都將圍繞這兩個(gè)方向來(lái)優(yōu)化?！?/p>

據(jù)中科曙光介紹，E級(jí)超算原型系統(tǒng)搭建完畢后，將在上海超算中心、深圳超算中心、中科院網(wǎng)絡(luò)中心等地進(jìn)行應(yīng)用示范，直接提供高性能計(jì)算、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)處理等商業(yè)化服務(wù)。