揭秘支撐上海科創(chuàng)的“超級大腦”

宋杰

超級計算機(jī)，又名“高性能計算機(jī)”，每秒運(yùn)行百萬億次是它的看家本領(lǐng)。

理論推導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)測試、計算模擬是當(dāng)今科技創(chuàng)新的三大主要手段。超級計算機(jī)作為計算模擬的主要工具，是不可或缺的科研基礎(chǔ)設(shè)施，也是國家科技創(chuàng)新體系的重要組成部分，已成為世界各國特別是發(fā)達(dá)國家競相爭奪的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

據(jù)悉，作為支撐上?？萍紕?chuàng)新的“超級大腦”——上海超級計算中心正在推進(jìn)計算資源的升級擴(kuò)容，今年將提速6倍，實(shí)現(xiàn)每秒2500萬億次計算能力，未來將落戶正在建設(shè)中的張江綜合性國家科學(xué)中心。2020年將力爭“E級機(jī)”（每秒可計算百億億次的超級計算機(jī)）落戶上海，為科創(chuàng)中心建設(shè)提供高性能計算和數(shù)據(jù)處理支撐。

上海超級計算中心

上海超算中心能做什么？

上海超級計算中心（下稱“上海超算中心”）成立于2000年，其使命是滿足基礎(chǔ)科學(xué)研究的高性能計算需求，同時支持工業(yè)創(chuàng)新等其他社會各類用戶的高性能計算需求。在未來的張江綜合性實(shí)驗(yàn)室的大科學(xué)設(shè)施群中，又可為其他大科學(xué)設(shè)施提供計算支持，支撐國家科學(xué)中心體系內(nèi)大科學(xué)裝置的研制和應(yīng)用。

在上海這一“超算大腦”的幫助下， 中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所高嶷研究員團(tuán)隊(duì)通過建立一個新型理論模型，有效模擬了水汽環(huán)境對金屬納米顆粒結(jié)構(gòu)形貌的影響。

在智慧城市建設(shè)方面，上海超算中心是重要的公共資源服務(wù)平臺，其支撐著上海環(huán)境監(jiān)測中心的長三角區(qū)域預(yù)報系統(tǒng)，在2016年9月G20峰會期間，更是全力支持和保障環(huán)境監(jiān)測中心對G20區(qū)域空氣質(zhì)量的預(yù)報工作。當(dāng)時，在計算資源嚴(yán)重緊張的情況下，單獨(dú)為環(huán)境監(jiān)測中心劃出專屬計算隊(duì)列和存儲空間。2016年下半年環(huán)境監(jiān)測中心合計使用了計算資源124萬核小時。

“超算大腦”在商用方面更接地氣，慕名而來的企業(yè)絡(luò)繹不絕。記者在上海超算中心一樓機(jī)房外的屏幕上看到，紅、綠兩色色塊的比重各占一半，紅色表示排隊(duì)，綠色表示運(yùn)行?！坝肋h(yuǎn)都有用戶在排隊(duì)，這是這座國內(nèi)運(yùn)營時間最長的超算中心的常態(tài)?！鄙虾３阒行闹魅沃荜孛裣蛴浾呓榻B說。

上海超算中心的“客戶”之一——金棕櫚旅游大數(shù)據(jù)研究院主要專注于旅游數(shù)據(jù)服務(wù)與咨詢，包括旅游市場監(jiān)測、大屏幕監(jiān)控、行業(yè)咨詢與預(yù)測等。上海超級計算中心綜合管理部部長林薇向記者介紹，“地震時可以通過實(shí)時數(shù)據(jù)監(jiān)控馬上得知有多少中國團(tuán)隊(duì)在震區(qū)。比如2015年尼泊爾地震，在中國領(lǐng)館還沒有掌握數(shù)據(jù)的情況下，我們通過旅游智慧大數(shù)據(jù)的屏幕馬上就知道當(dāng)?shù)赜卸嗌賵F(tuán)隊(duì)，同時所有導(dǎo)游的手機(jī)號碼都會在大屏幕上顯示出來。”

林薇說，“旅游公司也愿意與金棕櫚合作，因?yàn)槠涿磕陼峁┐髷?shù)據(jù)報告，為企業(yè)提供營銷策略。 2015年，金棕櫚剛起步時，小型服務(wù)器對他們而言已經(jīng)足夠，在規(guī)模變大后，從去年開始服務(wù)器就放在上海超算中心?！?/p>

此外，上?！俺愦竽X”還為企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)提供仿真模擬數(shù)據(jù)以提高生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品質(zhì)量。例如在汽車領(lǐng)域，上海世科嘉車輛技術(shù)研發(fā)有限公司已長期運(yùn)用上海超算中心的資源作為他們研發(fā)新車、優(yōu)化新車設(shè)計方案的重要工具，如其通過CAE（計算機(jī)輔助工程）為某一款新車側(cè)面碰撞做優(yōu)化分析，得出的結(jié)論是車身結(jié)構(gòu)變形合理，B柱（指在駕駛艙的前座和后座之間，從車頂延伸到車底部的豎梁）和車門侵入量小，而且適當(dāng)減重，假人傷害值較小。

國內(nèi)“最老”超算中心被趕超，新超算中心落子張江

上海超算中心齊全的軟件、快速的計算資源為企業(yè)縮減成本、提高效益起到了重要作用。但上海超算中心首席科學(xué)計算工程師王濤坦言，近年來，上海超算中心僅有0.4千萬億次/秒的計算能力，相比世界排名第一的計算機(jī)12.5億億次/秒的計算能力，“的確落后了”。

放眼全國，大規(guī)模的超算中心有10多家，其中廣州超算中心、深圳超算中心、濟(jì)南超算中心、湖南大學(xué)超算中心、天津超算中心、無錫超算中心的計算量級都很大。

雖然上海超算中心成立最早，并且在2000年到2008年間，也是全國唯一一家超算中心，但在此后，各地超算中心追趕速度更快。去年登頂全球最快計算機(jī)排行榜Top500榜首的“神威·太湖之光”就位于無錫超算中心，其每秒運(yùn)算9.3億億次，峰值性能高達(dá)每秒12.54億億次，是上海超算中心升級后的“魔方”的25倍。？？

雖然在一段時間內(nèi)，上海超算中心用出色的運(yùn)維能力彌補(bǔ)了計算能力的不足，但作為上海張江綜合性國家科學(xué)中心的計算能力提供方和數(shù)據(jù)支持方，運(yùn)算能力的不足依然是上海超算中心的“短板”。此外，科學(xué)對高性能計算的依賴與日俱增，即使是上海光源、蛋白質(zhì)中心等為全世界科學(xué)家提供服務(wù)的公共研發(fā)平臺，也需要借助計算能力。

按照上海超算中心計算資源建設(shè)三步走的發(fā)展規(guī)劃，第一步在2017年將實(shí)現(xiàn)每秒2500萬億次計算能力的部署，填補(bǔ)計算資源缺口，初步滿足上?？焖僭鲩L的計算需求，為上海國家科學(xué)中心啟動階段的相關(guān)機(jī)構(gòu)、基礎(chǔ)科學(xué)研究、工業(yè)企業(yè)和公共領(lǐng)域提供服務(wù)。第二步，上海超算中心已經(jīng)參與了科技部主導(dǎo)的下一代E級高性能計算機(jī)原型系統(tǒng)研制項(xiàng)目，并將于2018年中部署E級預(yù)研機(jī)系統(tǒng)及應(yīng)用。第三步是積極引進(jìn)“E級機(jī)”或更高性能的超級計算機(jī)落戶上海為國家科學(xué)中心服務(wù)，目前其已和張江集團(tuán)初步規(guī)劃了未來引進(jìn)更高性能計算資源后新超算中心在土地、基建及電力等方面的建設(shè)方案。