超算互聯(lián)網(wǎng)：讓算力走進(jìn)千行百業(yè)

都芃

讓算力像電力一樣走進(jìn)千家萬戶、賦能千行百業(yè)，這一20年前提出的設(shè)想如今正成為現(xiàn)實。8月26日，2023年CCF全國高性能計算學(xué)術(shù)年會在山東省青島市落下帷幕，超算互聯(lián)網(wǎng)成為與會專家學(xué)者熱議的話題。

目前，我國算力網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，各行各業(yè)數(shù)字化進(jìn)程持續(xù)加速，人工智能、數(shù)字孿生等技術(shù)迅速發(fā)展，對算力，尤其是高性能算力的需求呈爆發(fā)式增長。與此同時，高性能算力地區(qū)供需分布不均、應(yīng)用生態(tài)不完善、持續(xù)運營困難等問題制約著我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。在這一背景下，超算互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)運而生，成為破解我國超算發(fā)展難題的一把關(guān)鍵“鑰匙”。

作為當(dāng)之無愧的“國之重器”，超級計算機(jī)距離我們的日常生活并不遙遠(yuǎn)。小到每天看到的天氣預(yù)報，大到國產(chǎn)大飛機(jī)C919，背后都有超算的身影。中國工程院院士、清華大學(xué)計算機(jī)系教授鄭緯民表示，超算如今已廣泛應(yīng)用于氣象預(yù)測、生物制藥、航空工業(yè)等領(lǐng)域，并在產(chǎn)業(yè)數(shù)字化過程中發(fā)揮著重要作用。

鄭緯民指出，我國超算的實力毫無疑問處于國際第一梯隊。在6月份發(fā)布的最新一期全球超算500強(qiáng)榜單中，我國有兩臺超級計算機(jī)位列前十，超級計算機(jī)總數(shù)更是達(dá)到了134臺，位列全球第二。

但也應(yīng)該看到，我國超算面臨著算力設(shè)施分布不均衡、水平參差不齊、應(yīng)用軟件自主研發(fā)和推廣應(yīng)用不足等問題。國家超級計算濟(jì)南中心主任吳曉明表示，由于超算的技術(shù)門檻比較高，且尚未形成豐富的應(yīng)用軟件生態(tài)，目前超算的應(yīng)用仍局限于比較傳統(tǒng)的高性能計算領(lǐng)域，如天氣預(yù)報、大型工程設(shè)計、基礎(chǔ)科學(xué)研究等。

超算互聯(lián)網(wǎng)的核心目標(biāo)是讓超級計算機(jī)實現(xiàn)從傳統(tǒng)的提供算力到提供服務(wù)的革命性轉(zhuǎn)變?！拔覀兿Ｍㄟ^打造超算互聯(lián)網(wǎng)，把各個超算中心連在一起，形成更大的算力平臺，并且利用互聯(lián)網(wǎng)思維，打造更為豐富的超算應(yīng)用生態(tài)，從而能夠直接通過平臺對外提供超算服務(wù)?！眳菚悦鞅硎?，超算互聯(lián)網(wǎng)及其應(yīng)用生態(tài)的打造，將有利于降低超算應(yīng)用的門檻，讓超算從“陽春白雪”走向普及普惠，加快滲透千行百業(yè)、走進(jìn)千家萬戶。

未來，有超算需求的用戶可以直接打開超算互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)一站式的超算產(chǎn)品瀏覽、下單、支付、應(yīng)用等。用戶看到的將不再是某個超算中心、某臺計算機(jī)，而是一個能夠直接解決問題的完整應(yīng)用軟件或解決方案。“我們希望超算互聯(lián)網(wǎng)未來能像淘寶、京東一樣，直接向用戶提供可應(yīng)用的超算產(chǎn)品，降低超算的應(yīng)用門檻，更好地賦能數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展?！眳菚悦髡f。

超算互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵在于互聯(lián)。只有實現(xiàn)高速互聯(lián)，分布在各地的超算資源才有可能整合為一個有機(jī)整體，面向各行各業(yè)提供高性能的計算服務(wù)?！半m然叫作超算互聯(lián)網(wǎng)，但在網(wǎng)絡(luò)中流動的并不是算力，而是數(shù)據(jù)?！眹页売嬎銤?jì)南中心副主任潘景山表示，在超算互聯(lián)網(wǎng)中，數(shù)據(jù)的傳輸速度直接影響到計算效率。

影響數(shù)據(jù)傳輸速度的兩大因素是帶寬和延遲。帶寬即單位時間內(nèi)能夠通過的最大數(shù)據(jù)量，延遲則是信息在傳輸介質(zhì)中傳輸所用的時間。

“比如，在網(wǎng)絡(luò)正常的情況下，從北京的清華大學(xué)傳輸4T大小的數(shù)據(jù)到江蘇的國家超級計算無錫中心太湖之光超級計算機(jī)需要5天。但若我們把數(shù)據(jù)都刻成盤，然后用快遞寄過去，第二天下午就到無錫了?！闭劶澳壳皫捿^低、延遲較高帶來的影響，鄭緯民形象地解釋道。

目前我國正式掛牌的超算中心有十余家。讓這十余家超算中心連在一起成為一臺“大機(jī)器”，需要網(wǎng)絡(luò)具有極高的帶寬和極低的延遲。高帶寬、低延遲實現(xiàn)起來并不容易。

“以往我們用的光纖鏈路最大的帶寬約為100G或200G，每百公里延遲約為1.5毫秒，但這并不能滿足超算互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的需求。”潘景山介紹，通過持續(xù)攻關(guān)，國家超級計算濟(jì)南中心已在高速網(wǎng)絡(luò)通信、網(wǎng)絡(luò)資源感知調(diào)度、算力網(wǎng)絡(luò)融合和安全方面突破了一批關(guān)鍵技術(shù)，并首次建立起了基于長距IB通信技術(shù)的濟(jì)南—青島超算互聯(lián)網(wǎng)試驗網(wǎng)，它的帶寬達(dá)400G，500公里通信距離的網(wǎng)絡(luò)延遲由原先的雙向10毫秒以上降低至5毫秒左右?！巴ㄟ^這一網(wǎng)絡(luò)，濟(jì)南、青島兩地的超級計算機(jī)可以連接成一個整體，發(fā)揮更大的作用?！迸司吧脚e例道，當(dāng)借助濟(jì)南—青島超算互聯(lián)網(wǎng)試驗網(wǎng)進(jìn)行地球系統(tǒng)模擬計算時，可以將其拆分為大氣和海洋兩個模式，在兩地分別進(jìn)行協(xié)同計算，大大提升計算效率。

高帶寬、低延遲給超算互聯(lián)網(wǎng)帶來的極致性能，也將顯著擴(kuò)大其在產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用規(guī)模。例如國家超級計算濟(jì)南中心與濰柴集團(tuán)合作開展的發(fā)動機(jī)仿真模擬計算項目，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量達(dá)到TB級?！叭绻覀冇脗鹘y(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)傳輸這些數(shù)據(jù)，可能需要傳2—3天，對設(shè)計人員來說，這嚴(yán)重影響工作效率。”潘景山表示，借助高帶寬、低延遲的超算互聯(lián)網(wǎng)，TB級的數(shù)據(jù)量只需極短時間便可完成傳輸?！叭绻f傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹咚俟肪W(wǎng)’，那么高帶寬、低延遲的超算互聯(lián)網(wǎng)則是運行能力成倍提升的‘高鐵網(wǎng)’。”潘景山如是說。

相比傳統(tǒng)的超算應(yīng)用模式，超算互聯(lián)網(wǎng)可提供統(tǒng)一、完整的超算服務(wù)。實現(xiàn)這個目標(biāo)，需要在運營模式、平臺生態(tài)、產(chǎn)業(yè)培育等方面同步發(fā)力。

“我們深知，深入推進(jìn)建設(shè)以國家超算互聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代算力網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，并不能靠簡單的算力堆砌，而是要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、算力調(diào)度、產(chǎn)業(yè)鏈、數(shù)據(jù)要素治理等多方面的資源協(xié)同，強(qiáng)化東西部跨域統(tǒng)籌發(fā)展?！眳菚悦鹘ㄗh，超算互聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展需要連接產(chǎn)業(yè)生態(tài)中的算力供給、應(yīng)用開發(fā)、運營服務(wù)、用戶等各方能力和資源，構(gòu)建一體化超算算力網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)平臺。同時，還需要緊密連接供需雙方，通過市場化的運營和服務(wù)體系，實現(xiàn)算力資源統(tǒng)籌調(diào)度，降低超算應(yīng)用門檻，并推動計算技術(shù)向更高水平發(fā)展，促進(jìn)核心軟硬件技術(shù)深度應(yīng)用，輻射帶動產(chǎn)業(yè)生態(tài)的發(fā)展與成熟。潘景山也指出，應(yīng)聯(lián)合超算中心、運營商、軟件供應(yīng)商和用戶合作建設(shè)超算互聯(lián)網(wǎng)，打造超算共同體，這樣才能讓我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)真正實現(xiàn)以“高鐵速度”發(fā)展。

高性能算力能夠驅(qū)動產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大范圍、大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用也能為算力升級提供動力。目前，國家超算互聯(lián)網(wǎng)平臺已開放第三方企業(yè)入駐，并明確了入駐企業(yè)條件：可提供基礎(chǔ)超算IAAS服務(wù)等基礎(chǔ)資源；提供行業(yè)應(yīng)用軟件資源；提供多學(xué)科行業(yè)應(yīng)用服務(wù)等平臺資源；提供多樣數(shù)據(jù)模型、源碼等資產(chǎn)資源，以及提供各種類型的算力服務(wù)。截至8月，已有35家超算上下游單位成功入駐國家超算互聯(lián)網(wǎng)平臺，另外有近百家單位遞交了聯(lián)合體入會申請，這將為超算互聯(lián)網(wǎng)平臺持續(xù)注入活力。