6月20日，德國法蘭克福國際超算大會(huì)（ISC）公布了新一期全球超級計(jì)算機(jī)TOP500榜單，由我國國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心研制的“神威·太湖之光”以超第二名近3倍的運(yùn)算速度奪得第一。更令人振奮的是，該套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了包括處理器在內(nèi)的所有核心部件全國產(chǎn)化。

新華社記者走進(jìn)負(fù)責(zé)該系統(tǒng)運(yùn)營和維護(hù)的國家超級計(jì)算無錫中心，為你揭開“神威·太湖之光”的神秘面紗。

世界運(yùn)算最快

運(yùn)算一分鐘相當(dāng)于地球人算32年

“神威·太湖之光”系統(tǒng)的峰值性能、持續(xù)性能、性能功耗比等三項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)均為世界第一。其峰值性能達(dá)到12.54億億次每秒，這是全球首個(gè)突破十億億次的超級計(jì)算機(jī)；持續(xù)性能達(dá)到9.3億億次每秒，是“六連冠”的“天河二號”的近3倍。性能功耗比為60.51億次/瓦，比“天河二號”節(jié)能60%以上。

“簡單來說，這套系統(tǒng)1分鐘的計(jì)算能力，相當(dāng)于全球72億人同時(shí)用計(jì)算器不間斷計(jì)算32年；如果用2016年生產(chǎn)的主流筆記本電腦或個(gè)人臺式機(jī)作參照，‘太湖之光’相當(dāng)于200多萬臺普通電腦。”國家超級計(jì)算無錫中心主任楊廣文介紹。

走進(jìn)國家超級計(jì)算無錫中心，1000平方米的房間內(nèi)，記者看到了“神威·太湖之光”的“真身”：由40個(gè)運(yùn)算機(jī)柜和8個(gè)網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜組成。每個(gè)運(yùn)算機(jī)柜比家用的雙門冰箱略大，打開柜門，4塊由32塊運(yùn)算插件組成的超節(jié)點(diǎn)分布其中。每個(gè)插件由4個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)板組成，一個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)板又含2塊“申威26010”高性能處理器。一臺機(jī)柜就有1024塊處理器，整臺“神威·太湖之光”共有40960塊處理器。

“每一塊處理器相當(dāng)于20多臺常用筆記本電腦的計(jì)算能力，4萬多塊再組裝到一起，速度之快可想而知?！睏顝V文說。

致力超算研究的意義不僅僅是“速度戰(zhàn)”，更重要的是贏得“應(yīng)用戰(zhàn)”。國家超級計(jì)算無錫中心副主任付昊桓介紹，依托“神威·太湖之光”，以清華大學(xué)為主體的科研團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)了百萬核規(guī)模的全球10公里高分辨率地球系統(tǒng)數(shù)值模擬，這將全面提高我國應(yīng)對極端氣候和自然災(zāi)害的減災(zāi)防災(zāi)能力；國家計(jì)算流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室對“天宮一號”返回路徑的數(shù)值模擬結(jié)果令人振奮，將為“天宮一號”順利回家提供精確預(yù)測；上海藥物所開展的藥物篩選和疾病機(jī)理研究，短短2周就完成常規(guī)需要10個(gè)月的計(jì)算，加速了白血病、癌癥、禽流感等方向的藥物設(shè)計(jì)進(jìn)度……

從“玻璃房”到“限售”

25平方厘米打破30年技術(shù)封鎖

30年前，中國的超級計(jì)算機(jī)用戶有一個(gè)神秘的“玻璃房”：美國人把一臺超級計(jì)算機(jī)賣給中國，用不透明的玻璃包裹得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)，中國技術(shù)人員沒有授權(quán)不得入內(nèi)。

北京師范大學(xué)全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院王蘭寧教授至今記得這個(gè)中國土地上的“技術(shù)飛地”。“全國只有幾個(gè)有授權(quán)的科學(xué)家能夠進(jìn)入玻璃房，而且是在美國人的監(jiān)視下，一旦程序運(yùn)行完，機(jī)器立即被鎖回玻璃房。那個(gè)所謂的超算速度，在今天看來充其量是一臺高性能電腦，但對于當(dāng)時(shí)的中國來說，卻是一個(gè)難以企及的高峰?！?/p>

20世紀(jì)80年代，我國已逐步邁入獨(dú)立設(shè)計(jì)和制造巨型機(jī)的國家之列，但卻因核心處理器等關(guān)鍵部件與技術(shù)的短板只能受制于人。

步入“十二五”，在國家863項(xiàng)目重點(diǎn)支持下，我國超級計(jì)算發(fā)展不斷取得突破?！疤旌佣枴眴柖Α傲B冠”的同時(shí)，在全球超級計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單上，中國制造的名單正越來越長，這引起了美國的警惕。2015年4月，美國政府宣布，把與超級計(jì)算機(jī)相關(guān)的4家中國機(jī)構(gòu)列入限制出口名單，目的就在于通過限售，鎖死中國超算快速發(fā)展的腳步。

正是這種封鎖帶來的激勵(lì)，讓我國下大力氣研發(fā)全國產(chǎn)化的“神威”系列超級計(jì)算機(jī)，直至此次登頂國際榜單。

由此，只有5厘米見方的薄塊“申威26010”不僅成為“神威·太湖之光”的心臟，也成為我國自主研發(fā)打破30年技術(shù)封鎖的一柄利器。25平方厘米的方寸之間，集成了260個(gè)運(yùn)算核心，數(shù)十億晶體管，達(dá)到了每秒3萬多億次計(jì)算能力。單芯片計(jì)算能力相當(dāng)于3臺2000年全球排名第一的超級計(jì)算機(jī)。

從“六連冠”到首個(gè)十億億次

中國超算離世界之巔仍有差距

超級計(jì)算機(jī)，被稱為“國之利器”是國家科技綜合實(shí)力的體現(xiàn)，從高端材料，到生命科學(xué)和生物技術(shù)，再到深海探測、空間技術(shù)各領(lǐng)域，都離不開超算領(lǐng)域的支撐。

楊廣文表示，不可否認(rèn)，“神威·太湖之光”的成功，標(biāo)志著我國超級計(jì)算機(jī)研制能力已位居世界領(lǐng)先水平，但在技術(shù)儲(chǔ)備、系統(tǒng)穩(wěn)定性方面與發(fā)達(dá)國家仍有明顯差距。

“未來5～10年，從每秒十億億次到每秒百億億次是超算發(fā)展的決勝之地。”國家并行計(jì)算中心的相關(guān)科研人員表示，雖然超算大國都在進(jìn)行部署，但其中需要解決的技術(shù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)非常多，以能耗為例，“神威·太湖之光”一年的用電量達(dá)到15兆瓦，相當(dāng)于3個(gè)清華大學(xué)的用電量。以現(xiàn)有技術(shù)即使能夠?qū)崿F(xiàn)百億億次，能源消耗將十分驚人。

中科院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心研究員張鑒表示，我國利用超算系統(tǒng)解決問題的能力長期不足，相關(guān)商業(yè)應(yīng)用軟件仍為國外壟斷，在軟件研制、應(yīng)用開發(fā)和人才培養(yǎng)方面還有待進(jìn)一步提高。將“制好”優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為“用好”優(yōu)勢，才能真正實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新與升級的帶動(dòng)。

據(jù)新華社