未來，我國科研團(tuán)隊將繼續(xù)圍繞提升國家科技創(chuàng)新能力，以“神威·太湖之光”超級計算機為基礎(chǔ)，進(jìn)一步解決氣候、環(huán)境、生命、材料和制造等領(lǐng)域的重大科學(xué)問題，研究高性能計算的核心技術(shù)、提升高性能計算的應(yīng)用水平、培養(yǎng)高性能計算人才。

楊廣文

國家超級計算無錫中心主任

高性能超級計算機，是世界發(fā)達(dá)國家爭搶的重要“制高點”，對國家安全、經(jīng)濟和社會發(fā)展，具有舉足輕重的支持作用。因此加快發(fā)展超級計算機，推廣超級計算機應(yīng)用，對于我國科學(xué)研究、推動科技創(chuàng)新和促進(jìn)經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展意義重大。

40多年來，我國超級計算機經(jīng)歷了從無到有、從跟跑到局部領(lǐng)先、從關(guān)鍵核心技術(shù)引進(jìn)到實現(xiàn)自主可控的艱難發(fā)展歷程。

勇于突破封鎖，我國超算技術(shù)不再受制于人

“多年來，中、美、日等國在超級計算機領(lǐng)域的競爭，實際就是科技實力與綜合國力的競爭。”中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所研究員張云泉說，我國幾代超算人前赴后繼，創(chuàng)造出了不起的“奇跡”。截至目前，天河二號、“神威·太湖之光”等國產(chǎn)超級計算機，在國際超級計算機大賽上，共拿下10個世界第一。

在國家超級計算無錫中心主任楊廣文的記憶中，上世紀(jì)70年代，首臺超級計算機問世后，國際上對超級計算機的需求猛增。發(fā)達(dá)國家在重點產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，利用超級計算機取得了多方面的突破。當(dāng)時，美國、日本等國在一些關(guān)鍵核心技術(shù)上，對中國全面封鎖。

那時，我國由于沒有高性能的計算機，部分石油礦藏數(shù)據(jù)和資料不得不用飛機送去國外處理，不僅費用昂貴，而且受制于人。

當(dāng)時，我國曾向某發(fā)達(dá)國家提出進(jìn)口一臺性能不算很高的超級計算機，對方卻回復(fù)：必須要為這臺機器建一個六面不透光的“安全區(qū)”，能進(jìn)入“安全區(qū)”的只能是巴黎統(tǒng)籌組織的工作人員。

1978年，黨的十一屆三中全會召開，拉開了改革開放的序幕。也就是在這一年，我國正式啟動巨型計算機的研制工作。

“為什么要研制自己的巨型計算機?因為中國要搞四個現(xiàn)代化，不能沒有巨型計算機!”楊廣文告訴科技日報記者，超級計算機由大量的計算節(jié)點組成，每個計算節(jié)點由一些CPU(中央處理器)組成，計算節(jié)點由高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接起來。除此之外，整個系統(tǒng)還包括大規(guī)模存儲系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和冷卻系統(tǒng)等。因此短時間內(nèi)，我國要想在超級計算機核心技術(shù)上取得重大突破、跑在世界前列，不是一件容易事。

然而，我國的科研人員并未被眼前的困難嚇倒。當(dāng)時，他們腦子里只有一個念頭：早日造出中國人自己的巨型計算機，技術(shù)上不再受制于人。

從1978年到1983年，這5年里，承擔(dān)此項任務(wù)的研發(fā)團(tuán)隊，沒日沒夜的頑強拼搏，解決了無數(shù)個基礎(chǔ)理論、技術(shù)和制造工藝問題，攻克了數(shù)以百計的關(guān)鍵技術(shù)難關(guān)，創(chuàng)造性地提出了“雙向量陣列”結(jié)構(gòu)并完成整體設(shè)計，比原計劃提前一年成功研制出“銀河-Ⅰ”巨型計算機。

1983年12月26日，我國第一臺億次巨型計算機“銀河-Ⅰ”正式通過國家技術(shù)鑒定，系統(tǒng)達(dá)到并超過了預(yù)定的性能指標(biāo)，機器整體穩(wěn)定可靠，且經(jīng)費只用了原計劃的1/5。

這標(biāo)志著中國成為世界上少數(shù)幾個能夠獨立設(shè)計和研制億次巨型計算機的國家。

面向國家需求，實現(xiàn)真正安全自主可控

“從2002年之后，經(jīng)過15年的高速發(fā)展，中國超算實現(xiàn)了安全、自主、可控。”楊廣文說。

近10年來，我國從基于自主可控超級計算機系統(tǒng)的軟件與應(yīng)用、服務(wù)于國家特殊需要和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展考慮，重新布局了超級計算機的研制工作。

“十三五”國家重點研發(fā)計劃設(shè)立了“高性能計算”重點專項，在高性能計算機研制、系統(tǒng)軟件及應(yīng)用等方面給予布局支持。其中，研制“神威·太湖之光”就是國家重點組織開展的一項重大科研任務(wù)。

2013年4月22日，江蘇省人民政府正式提出在無錫市建設(shè)10億億次超級計算中心，得到科技部的支持;2014年3月5日，科技部同意“高效能計算機及應(yīng)用服務(wù)環(huán)境(二期)”重大項目立項;2015年12月31日，“神威·太湖之光”超級計算機研制完成。

用相關(guān)專家的話來說，隨著“神威·太湖之光”超級計算機和“申威26010”處理器等標(biāo)志性成果的出現(xiàn),打破了長期以來國產(chǎn)超級計算機平臺無“芯”可用的局面,奠定了安全、自主、可控的國產(chǎn)平臺技術(shù)基礎(chǔ)。

記者了解到，“神威·太湖之光”超級計算機由40個運算機柜和8個網(wǎng)絡(luò)機柜組成。每臺運算機柜包含4個由32塊運算插件組成的超節(jié)點，每塊插件由4個運算節(jié)點板組成，一個運算節(jié)點板又包含兩塊“申威26010”高性能處理器。

“一臺機柜就有1024塊處理器，‘神威·太湖之光’共有40960塊處理器。”楊廣文說。

值得一提的是，“神威·太湖之光”也是我國第一臺全部采用國產(chǎn)處理器構(gòu)建的超級計算機。截至目前，其以每秒9.3億億次的浮點運算速度，連續(xù)4次在全球超級計算機比賽中奪冠。其中，2016年11月，“神威·太湖之光”以較大的運算速度優(yōu)勢再次奪得世界超算冠軍，基于該超級計算機運行的高性能計算應(yīng)用項目獲得國際高性能計算應(yīng)用領(lǐng)域最高獎——“戈登貝爾”獎，成為我國高性能計算應(yīng)用發(fā)展的一個里程碑式的成就。

“讓基于自主可控超級計算機系統(tǒng)的軟件與應(yīng)用登上國際巔峰，做強國產(chǎn)軟件，這是我們超算人的追求與夢想。”國家超級計算無錫中心研發(fā)中心主任甘霖說。

比拼應(yīng)用水平，讓大機器發(fā)揮出大作用

“超級計算機為解決工程和科學(xué)中的重大難題而生。”國家超級計算無錫中心副主任付昊桓說，衡量超級計算機的價值，不能只看運算速度，還要看應(yīng)用水平。

“比拼誰的超級計算機‘跑’得更快，這種競賽曾一度在中、美、日、韓等國之間進(jìn)行。不過，現(xiàn)在大家比的是，超級計算機能被用在什么領(lǐng)域，這成為如今競爭的關(guān)鍵點。”楊廣文說。

那么，該如何讓大機器發(fā)揮出大威力?

在楊廣文看來，國家超級計算無錫中心主要的職責(zé)就是運維，運維的目的就是用好這臺超級計算機。

近7年來，國家超級計算無錫中心的科研團(tuán)隊不負(fù)眾望，將理論與實踐相結(jié)合，通過開展跨學(xué)科、跨單位的廣泛交叉合作，使基于“神威·太湖之光”系統(tǒng)的并行應(yīng)用成果頻出。其中，利用“神威·太湖之光”超級計算機每秒10億億次的超強計算力，研發(fā)出的有關(guān)氣候模擬、地震模擬、工業(yè)仿真、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的一系列國產(chǎn)應(yīng)用軟件，助力我國基礎(chǔ)研究和工程創(chuàng)新，展示了國產(chǎn)超級計算機硬件與軟件相結(jié)合的巨大潛力。

2017年11月17日，在美國丹佛舉行的全球超級計算大會上，由中國科研團(tuán)隊完成的“非線性地震模擬”再獲“戈登貝爾”獎。利用“神威·太湖之光”的強大計算能力，該團(tuán)隊成功地設(shè)計實現(xiàn)了高可擴展性的非線性地震模擬工具。該工具首次實現(xiàn)了對唐山大地震發(fā)生過程的高分辨率精確模擬，使得科學(xué)家可以更好地理解唐山大地震所造成的影響，并對未來地震預(yù)防預(yù)測等具有重要的借鑒意義。

此外，楊廣文表示，超級計算機還能為人工智能領(lǐng)域的深度學(xué)習(xí)服務(wù)。“現(xiàn)在，許多IT公司的技術(shù)負(fù)責(zé)人找到我們，主要因為我們開發(fā)了大量基于深度學(xué)習(xí)算法的并行軟件，研發(fā)了一個深度學(xué)習(xí)平臺swCaffe。目前，我們已開展的、基于超級計算機的深度學(xué)習(xí)應(yīng)用，包括圍棋、語音識別、醫(yī)學(xué)圖像識別、遙感圖像分類、地震波余震特征識別、大規(guī)模冷凍電鏡生物大分子模型高精度重構(gòu)等。”楊廣文說。

楊廣文告訴記者，目前國家超級計算無錫中心“神威·太湖之光”系統(tǒng)運行穩(wěn)定，用戶數(shù)量不斷增加，機器利用率已超過50%，已完成200多項百萬核大型問題的求解任務(wù)，涉及航空航天、先進(jìn)制造、生物醫(yī)藥、新材料、新能源等重點領(lǐng)域，有效地支持了國家科學(xué)研究與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。

這些重要的應(yīng)用成果在國內(nèi)外引起了巨大反響，這證明“神威·太湖之光”能夠支持具有戰(zhàn)略需求的挑戰(zhàn)性應(yīng)用，并向世界展示了中國超級計算機的國際地位和重要影響力。

值得一提的是，近年來，國家超級計算無錫中心高度重視人才引進(jìn)與培育。目前，該中心擁有國內(nèi)外特聘專家30余人，專業(yè)涉及計算機軟硬件開發(fā)、氣象氣候、生物基因、海洋物理、力學(xué)、大數(shù)據(jù)、云計算等。此外，該中心每年還承擔(dān)清華大學(xué)在讀博士生、碩士生的培養(yǎng)任務(wù)。

楊廣文表示，未來我國科研團(tuán)隊將繼續(xù)圍繞提升國家科技創(chuàng)新能力，以“神威·太湖之光”超級計算機為基礎(chǔ)， 進(jìn)一步解決氣候、環(huán)境、生命、材料和制造等領(lǐng)域的重大科學(xué)問題，研究高性能計算的核心技術(shù)、提升高性能計算的應(yīng)用水平、培養(yǎng)高性能計算人才，為我國基礎(chǔ)研究及產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供強有力的支撐。