科技云報(bào)道

?新一期全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單中，中國(guó)超算“神威·太湖之光”和“天河二號(hào)”連續(xù)第四次分列冠亞軍，中國(guó)超算再一次反超美國(guó)，奪得第一。雖然中國(guó)超算終于在近些年取得了令人矚目的成績(jī)，但是在國(guó)際上依然遭到了“高分低能”的質(zhì)疑。

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超級(jí)計(jì)算機(jī)（HPC）是由數(shù)千甚至更多處理器組成、能完成普通計(jì)算機(jī)和服務(wù)器不能達(dá)成的大型復(fù)雜課題的計(jì)算機(jī)，被譽(yù)為“計(jì)算機(jī)中的珠穆朗瑪峰”。作為“現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的大腦”，HPC已成為解決重大工程和科學(xué)難題時(shí)難以取代的工具。

在最新發(fā)布的全球HPC Top500榜單中，中國(guó)超算“神威·太湖之光”和“天河二號(hào)”再次領(lǐng)跑，而美國(guó)已經(jīng)連續(xù)兩次沒(méi)有超算進(jìn)入前三名。

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此外，美國(guó)“Titan（泰坦）”繼半年前被瑞士“Piz Daint（代恩特峰）”趕超而落到第四名后，此次又被日本的“Gyoukou（曉光）”超過(guò)，也就是說(shuō)，美國(guó)的最高排名是第五位。

從榜單綜述上看，中國(guó)超算也又一次反超美國(guó)，奪得第一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，此次中國(guó)上榜總數(shù)達(dá)到歷史最高的202臺(tái)，相比6月增加43臺(tái)，與此同時(shí)美國(guó)則降至144臺(tái)。

奪冠心酸路：屈辱的“玻璃房子”

作為世界高性能計(jì)算領(lǐng)域規(guī)模最大的權(quán)威會(huì)議之一，國(guó)際高性能計(jì)算大會(huì)每半年公布一次全球超級(jí)計(jì)算機(jī)Top500榜單。全球超算500強(qiáng)榜單始于1993年，是對(duì)全球已安裝的超級(jí)計(jì)算機(jī)排座次的知名排行榜，由美國(guó)與德國(guó)超算專家聯(lián)合編制。

中國(guó)超算“神威太湖一號(hào)”一年前就以每秒9.3億億次的浮點(diǎn)運(yùn)算速度首次奪冠，運(yùn)算能力超過(guò)2到5名的總和，被榜單編撰人形容為“毋庸置疑是這個(gè)星球上最強(qiáng)大的數(shù)字運(yùn)算機(jī)器”。

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"神威太湖一號(hào)"總共有48個(gè)機(jī)柜，左右兩邊各20個(gè)，中間 8個(gè)，在機(jī)房中的排列呈“010”的樣式，這也正是計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言。其中，每個(gè)機(jī)柜有 1024個(gè)CPU，采用眾核架構(gòu)，每個(gè)CPU有四個(gè)主核，每個(gè)主核帶有64個(gè)從核。主核負(fù)責(zé)分發(fā)任務(wù)，從核負(fù)責(zé)加速，等于把CPU和GPU做在一起了。每天耗電量40萬(wàn)度，一年耗電量相當(dāng)于3個(gè)清華大學(xué)的用電量。

雖然中國(guó)在超算上取得了令人矚目的成績(jī)，但是很少有人知道中國(guó)超算曾遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界水平。超級(jí)計(jì)算機(jī)，國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心應(yīng)用研發(fā)部部長(zhǎng)孟祥飛對(duì)媒體談到了中國(guó)超算發(fā)展的艱辛之路，他講述了一個(gè)非常有代表性的故事叫做“玻璃房子”。

世界第一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)是1976年美國(guó)研制的，而中國(guó)開(kāi)啟高級(jí)計(jì)算機(jī)研制的步伐是在1978年，基本與世界同時(shí)起步。但由于國(guó)內(nèi)研發(fā)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)非常薄弱，制造能力也有限，所以中國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)都處于跟跑的狀態(tài)。

當(dāng)時(shí)，中國(guó)花高價(jià)向國(guó)外的機(jī)構(gòu)購(gòu)買(mǎi)超級(jí)計(jì)算機(jī)，但買(mǎi)回來(lái)后要建獨(dú)立的機(jī)房、要把數(shù)據(jù)交給外國(guó)，由外國(guó)的工程師進(jìn)入機(jī)房進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，而中國(guó)自己的工作人員只能隔著窗戶看一下這臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)。

這個(gè)現(xiàn)實(shí)讓孟祥飛內(nèi)心非常痛苦，尤其是當(dāng)他想開(kāi)展理論物理的博士研究工作時(shí)需要用到超大規(guī)模的計(jì)算，國(guó)內(nèi)卻很少有這種平臺(tái)提供超級(jí)計(jì)算能力的時(shí)候，這種感覺(jué)更為強(qiáng)烈。

當(dāng)孟祥飛來(lái)到美國(guó)聯(lián)合培養(yǎng)的時(shí)候，他發(fā)現(xiàn)美國(guó)一個(gè)普通的高校就可以有一臺(tái)相當(dāng)規(guī)模的超級(jí)計(jì)算機(jī)，更不用說(shuō)他們的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和研究機(jī)構(gòu)。所以他立下決心學(xué)成以后回到國(guó)內(nèi)，為國(guó)家的創(chuàng)新、發(fā)展做出自己的貢獻(xiàn)。

正是這種不服輸?shù)木?，讓我?guó)開(kāi)始下大氣力研發(fā)“神威”系列超級(jí)計(jì)算機(jī)，直到以絕對(duì)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)先國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手成為超算界老大。

去年 11 月，基于“神威·太湖之光”，我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)完成的“千萬(wàn)核可擴(kuò)展大氣動(dòng)力學(xué)全隱式模擬”應(yīng)用項(xiàng)目獲得了 2016 年超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域最高獎(jiǎng)——“戈登·貝爾”獎(jiǎng)，成為我國(guó)高性能計(jì)算發(fā)展史上的里程碑。

“戈登·貝爾”獎(jiǎng)設(shè)立于 1987 年，此前從未有中國(guó)團(tuán)隊(duì)入圍獲獎(jiǎng)。而 2016 年入圍的 6 項(xiàng)應(yīng)用中，就有 3 項(xiàng)來(lái)自中國(guó)。另兩項(xiàng)分別是國(guó)家海洋局第一海洋研究所與清華大學(xué)合作的“高分辨率海浪數(shù)值模擬”以及中科院網(wǎng)絡(luò)中心的“鈦合金微結(jié)構(gòu)演化相場(chǎng)模擬”。

今年 10 月 24 日，又有兩篇來(lái)自中國(guó)、基于“神威·太湖之光”的論文入圍“戈登貝爾獎(jiǎng)”終選名單，占總數(shù)（3篇）的 2/3。中國(guó)崛起的速度，超出所有人的想象。

“高分低能”的質(zhì)疑：

中國(guó)超算還缺什么？

盡管中國(guó)超算已向世界證明了自身實(shí)力，但仍有外媒報(bào)道稱，“神威·太湖之光”是高分低能的超算。按照另外一種基于性能和通信平衡的HPCG測(cè)試，中國(guó)的神威超級(jí)計(jì)算機(jī)很可能要落后于日本的“K”計(jì)算機(jī)。

這實(shí)際上反應(yīng)的是對(duì)神威超級(jí)計(jì)算機(jī)的一種誤解：即只能跑分不能干活，但其實(shí)這早已經(jīng)是老黃歷。

“神威?太湖之光”超級(jí)計(jì)算機(jī)部署一年以來(lái)，應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)涉及天氣氣候、航空航天、先進(jìn)制造、生物醫(yī)藥、新材料、新能源等20個(gè)方面，支持國(guó)家重大科技應(yīng)用、先進(jìn)制造等領(lǐng)域解算任務(wù)幾百項(xiàng)，一年來(lái)共計(jì)完成200多萬(wàn)項(xiàng)作業(yè)任務(wù)，平均每天完成近7000項(xiàng)作業(yè)任務(wù)。

要說(shuō)比拼實(shí)際項(xiàng)目能力，基于“神威·太湖之光”的“非線性地震模擬”，則首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)1976年唐山大地震的高分辨率精確模擬，使科學(xué)家可以更好地理解唐山大地震所造成的影響，并對(duì)未來(lái)地震預(yù)防預(yù)測(cè)等研究具有重要借鑒意義。

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據(jù)了解，研究團(tuán)隊(duì)選取了唐山大地震震源附近320公里×312公里×40公里的空間區(qū)域，以毫秒（一秒的千分之一）為時(shí)間單位，精確模擬了該區(qū)域在地震發(fā)生后150秒內(nèi)的地質(zhì)變化，分辨率可達(dá)到8米，頻率可達(dá)到18赫茲。此前美國(guó)團(tuán)隊(duì)在“泰坦”超級(jí)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的地震模擬，分辨率和頻率只有20米、10赫茲。

雖然中國(guó)超算在近些年取得了令人矚目的成績(jī)，但是一個(gè)不容忽視的事實(shí)是：作為超算核心元件的處理器一直被美國(guó)掐著脖子。

從全球HPC Top500的處理器選擇上來(lái)看，英特爾成為各家超算的首選，中國(guó)天河一號(hào)和天河二號(hào)也采用了英特爾至強(qiáng)系列處理器。

2015年4月，美國(guó)商務(wù)部決定對(duì)中國(guó)四家國(guó)家超級(jí)計(jì)算機(jī)中心禁售Intel Xeon Phi處理器，一石激起千層浪。正是這種封鎖帶來(lái)的激勵(lì)，令中國(guó)超算開(kāi)始轉(zhuǎn)向國(guó)產(chǎn)處理器，并取得了不錯(cuò)的成績(jī)。

據(jù)悉，中國(guó)神威·太湖之光已經(jīng)啟用國(guó)產(chǎn)申威處理器，多核性能將達(dá)到了Intel至強(qiáng)E5主流產(chǎn)品的水平，而下一代的天河三號(hào)的原型機(jī)已經(jīng)選定飛騰系列芯片作為CPU，這對(duì)于天河超算擺脫進(jìn)口芯片掣肘是一個(gè)好消息。

更令人欣喜的是，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有多家公司和研究所已經(jīng)推出了基于新一代飛騰微處理器的自主可控產(chǎn)品，未來(lái)或?qū)氐赘鎰e國(guó)外CPU或加速器，實(shí)現(xiàn)芯片的全國(guó)產(chǎn)化。

除了在芯片自主研發(fā)上的差距，美國(guó)在超算上的發(fā)力也不可小覷。根據(jù)《華爾街日?qǐng)?bào)》的報(bào)道，美國(guó)能源部及與其合作的6家硬件供應(yīng)商將得到近5億美元的資金，致力于研究、開(kāi)發(fā)和部署E級(jí)（百億億次）計(jì)算項(xiàng)目。

該計(jì)劃表明，在2021年之前，美國(guó)能源部將至少交付兩個(gè)系統(tǒng)，如不出意外，年底排名中將會(huì)出現(xiàn)美國(guó)的兩臺(tái)每秒20億億至30億億次規(guī)模的新系統(tǒng)。

超算是解決國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展、國(guó)防建設(shè)等領(lǐng)域重大挑戰(zhàn)性問(wèn)題的重要手段，因此已成為世界各國(guó)爭(zhēng)奪的一個(gè)戰(zhàn)略制高點(diǎn)。盡管中國(guó)超算屢次在運(yùn)算速度上取得世界第一，但芯片的自主化國(guó)產(chǎn)化還有很長(zhǎng)的路要走。

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