6月20日，在德國法蘭克福舉行的國際超算大會上，發(fā)布了超級計算機(jī)TOP500榜單，“神威·太湖之光”以近3倍于第二名的運(yùn)算速度摘得桂冠。

速度到底有多快？如果把200多萬臺最新款的普通電腦加起來，計算能力只能跟它打個平手；其1分鐘的計算能力，相當(dāng)于全球70多億人同時用計算器不間斷計算32年。

值得關(guān)注的是，這臺來自江蘇無錫濱湖區(qū)國家超級計算無錫中心的“神威·太湖之光”計算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了包括處理器在內(nèi)的全部核心部件的國產(chǎn)化。

超級計算機(jī)不僅要跑得出速度，還要“用得起來”。設(shè)立于1987年的戈登貝爾獎，被喻為計算機(jī)高性能應(yīng)用領(lǐng)域的諾貝爾獎，設(shè)立近30年以來，中國團(tuán)隊從未入圍。然而此次，基于“神威·太湖之光”的3個科研項(xiàng)目全部入圍該獎項(xiàng)。

突破封鎖的“中國芯”

“以后再也不用擔(dān)心被封鎖了。”國家超級計算無錫中心副主任黃建國說，“從個人電腦到超級計算機(jī)，對國內(nèi)的科學(xué)家來說，最大的痛點(diǎn)是電腦芯片基本依賴出口，我們一直不掌握主動權(quán)。”2015年4月，美國政府宣布把與超級計算機(jī)相關(guān)的4家中國機(jī)構(gòu)，列入限制出口名單，目的是要限制中國超級計算機(jī)的發(fā)展。

黃建國說，國內(nèi)的“天河二號”超級計算機(jī)，連續(xù)3年世界第一，但去年準(zhǔn)備采購新一代處理器時就卡住了，最后導(dǎo)致未如期完成攻關(guān)目標(biāo)。

早在2011年，國內(nèi)就有采用國產(chǎn)處理器的超級計算機(jī)，只是那時候的速度只能達(dá)到千萬億次，全球排名第14位。當(dāng)時，國內(nèi)更多關(guān)注的是速度全球第一的超級計算機(jī)，這個國產(chǎn)處理器鮮有國人知曉，反而在國外備受關(guān)注，自主處理器、高密度組裝技術(shù)、水冷系統(tǒng)等成為關(guān)注焦點(diǎn)。

目前，“申威26010芯片”已經(jīng)是第三代國產(chǎn)處理器，該處理器由國家工信部核高基計劃支持，國家高性能集成電路設(shè)計中心研制。“我們平時使用的普通電腦芯片是‘多核’，這個芯片采用‘眾核體系結(jié)構(gòu)’。這個銀白色的芯片，里面集成了260個運(yùn)算核心，數(shù)十億晶體管，達(dá)到了每秒3萬多億次的計算能力。”黃建國說。

關(guān)鍵指標(biāo)均居世界第一

2015年12月，在國家“863計劃”支持下，科技部、江蘇省和無錫市共同出資17.95億元，國家并行計算機(jī)工程技術(shù)研究中心研制成功“神威·太湖之光”，它使用了40960個芯片。

“太湖之光”所在的機(jī)房，除了空調(diào)聲，沒有其他任何噪音，這是全球首臺運(yùn)行速度超過10億億次/秒的超級計算機(jī)，峰值性能高達(dá)12.5億億次/秒，持續(xù)性能達(dá)到9.3億億次/秒，接近“天河二號”的3倍，關(guān)鍵指標(biāo)均居世界第一。

“每個‘核’都是計算單元，它們是團(tuán)隊作戰(zhàn)，不再是單兵作戰(zhàn)。”黃建國解釋，讓千萬個“核”協(xié)同作戰(zhàn)，發(fā)揮效果，這是這個計算機(jī)的最大特點(diǎn)。

一名參與研制的專家介紹，一臺超級計算機(jī)的能耗幾乎可以與一個小型城鎮(zhèn)相當(dāng)，功耗是計算機(jī)提高速度的瓶頸。這臺超級計算機(jī)的系統(tǒng)能效比高達(dá)每瓦特60.5億次，比“天河二號”節(jié)能60%以上。

計算機(jī)系統(tǒng)還采用了高效水冷技術(shù)、高密度的組裝工藝等，芯片內(nèi)部的低功耗設(shè)計和機(jī)箱內(nèi)電線的長度都是為了減少耗能。

“最大的短板是應(yīng)用”

“有了這套計算機(jī)系統(tǒng)，我們可以在30天內(nèi)完成未來100年的地球氣候模擬，這在之前是無法想象的。”清華大學(xué)副教授薛巍說。

目前，國家超級計算無錫中心與北京大學(xué)、中科院軟件所、中船重工702所、遠(yuǎn)景能源、清華大學(xué)、國家計算流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室等國內(nèi)30多家用戶單位建立應(yīng)用合作關(guān)系，領(lǐng)域集中在航空航天、石油勘探、車船設(shè)計、動漫制作、新藥研發(fā)、生物信息、氣候模擬等方面。

黃建國介紹，國內(nèi)有超級計算機(jī)連續(xù)3年成為世界最快計算機(jī)，但在應(yīng)用上做得不夠。“計算機(jī)硬件上沒問題，最大的短板是應(yīng)用”。

國家超級計算無錫中心應(yīng)用支持工程師劉釗說，超級計算機(jī)的配套應(yīng)用早在1年前就已開始。

氣象預(yù)報是超級計算機(jī)最主要的用途之一。北京師范大學(xué)全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院教授王蘭寧說：“下不下雨關(guān)鍵看云層運(yùn)動，有了超級計算機(jī)后，就可對云層運(yùn)動進(jìn)行精確模擬與觀測了。”

多年來，天氣預(yù)報的觀測精度也跟隨超級計算機(jī)改變。2011年，天津“天河一號”觀測精度為10萬公里，“神威藍(lán)光”實(shí)現(xiàn)1萬公里精度，而“神威·太湖之光”把精度縮到9公里，如今正向著3公里精度邁進(jìn)。王蘭寧說，未來有了更快的超算能力支撐，天氣預(yù)報就可以萬無一失了。

作為“全球大氣非靜力云分辨模擬”團(tuán)隊成員之一，王蘭寧參與的項(xiàng)目入圍了戈登貝爾獎。國內(nèi)一名長期關(guān)注超級計算機(jī)的專家介紹，通過近10年努力，我國軟件應(yīng)用領(lǐng)域已從少數(shù)重點(diǎn)領(lǐng)域拓展到各行各業(yè)，但是領(lǐng)域軟件規(guī)模龐大、開發(fā)周期長、成本高、難度大。發(fā)展高效成熟的國產(chǎn)并行應(yīng)用軟件，需要相關(guān)專家、超級計算機(jī)系統(tǒng)制造方和軟件人員的共同努力，才能研制好用、實(shí)用、管用的高性能計算機(jī)系統(tǒng)，全力配合用戶開發(fā)高效能應(yīng)用軟件。

在今年的戈登貝爾獎6個提名中，基于“神威·太湖之光”的應(yīng)用就占了3個，分別涉及大氣、海洋、材料3個領(lǐng)域，這是我國首次在此獎項(xiàng)中獲得提名。

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