高性能計算的應用突破

本刊記者｜邢帆

近日，四川省計算機學會高性能計算專委會年會聚集了云計算、大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的200多名專家，一場圍繞高性能計算及其應用熱點的話題討論引起了業(yè)內(nèi)的關(guān)注。技術(shù)領(lǐng)域的不斷發(fā)展讓人人都成為了數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者。成都信息工程學院并行計算實驗室主任王鵬指出，仔細觀察不難發(fā)現(xiàn)，高性能計算、云計算、大數(shù)據(jù)在技術(shù)和產(chǎn)業(yè)上呈現(xiàn)出融合的趨勢。而此前，有不少人對云計算與高性能計算之間到底是競爭還是促進的關(guān)系而爭論，實際上，高性能計算、云計算與大數(shù)據(jù)之間存在著緊密的聯(lián)系。高性能計算為云計算、大數(shù)據(jù)提供運算能力支撐，云計算、大數(shù)據(jù)則為高性能計算提供了創(chuàng)新的應用模式。其共同為交通、氣象等綜合性應用場景提供了信息化能力支持。

不同的是，云計算的商業(yè)價值目前已經(jīng)為更多人所認可，高性能計算在其中發(fā)揮了重要的影響力，其價值卻并不像云計算那樣受人矚目。如今高性能計算將其在應用領(lǐng)域的趨勢帶到市場中來，用實際的影響力證明其更深刻的價值。

向應用進發(fā)

想要了解高性能計算的應用情況，就不得不弄清其產(chǎn)業(yè)背景。從市場的角度來講，高性能計算機是高技術(shù)、高利潤而且市場份額在不斷擴大的一個產(chǎn)業(yè)。高性能計算機在政府部門、科研等領(lǐng)域的廣泛應用，對增強一個國家的科技競爭力有著不可替代的作用。另外，美國和歐洲的經(jīng)驗已經(jīng)證明，企業(yè)使用高性能計算機能夠有效地提高生產(chǎn)率。

在我國，超算中心能夠為企業(yè)和科研單位提供高性能計算服務，這在一定程度上能夠幫助高性能計算得到更多的普及。超級計算機按應用類型可分為計算密集型（如大規(guī)模工程計算和數(shù)值模擬）、數(shù)據(jù)密集型（如數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)采集）以及通信密集型（如協(xié)同工作和遠程遙控）。與地方經(jīng)濟發(fā)展結(jié)構(gòu)相結(jié)合，超級計算機的主要應用范圍廣泛?！皣页売嬎汩L沙中心”湖南大學建設辦公室主任蔡立軍教授介紹，在我國，超算中心跟隨地區(qū)及國家的產(chǎn)業(yè)調(diào)整政策，在多個領(lǐng)域多觸角延伸。在傳統(tǒng)行業(yè)中，如天氣預報、氣候預測、海洋環(huán)境工程等數(shù)值模擬領(lǐng)域的研究將看到超算中心的身影。建筑行業(yè)中，如大型橋梁、隧道等土木工程結(jié)構(gòu)的設計、過程仿真、抗震與安全評估。而在商業(yè)領(lǐng)域，金融模擬分析，商業(yè)數(shù)據(jù)挖掘，物流與生產(chǎn)排程規(guī)劃等將是超算中心發(fā)揮作用的主要渠道。

超級計算機之所以能夠為眾多行業(yè)提供良好的技術(shù)支撐，關(guān)鍵還在于其超速的運算能力，在實際生產(chǎn)應用中，僅以飛機和汽車制造為例，通過采用大規(guī)模高性能計算技術(shù)， 波音公司將777飛機的研制周期從8年縮短到5年，工程返工量減少了50%；日本豐田汽車公司在研制2002年嘉美新車型時縮短了研發(fā)周期10個月，減少了試驗樣車數(shù)量65%。福特用高性能計算機構(gòu)造了一個網(wǎng)上集市，通過網(wǎng)絡連到它的3萬多個供貨商。這種網(wǎng)上采購不僅能降低價格，減少采購費用，還能縮短采購時間。福特估計這樣做大約能節(jié)省80億美元的采購成本。此外，制造、后勤運輸、市場調(diào)查等領(lǐng)域也都是高性能計算機大顯身手的領(lǐng)域。

隨著我國的經(jīng)濟發(fā)展，除了傳統(tǒng)的密集計算型科學領(lǐng)域需求持續(xù)增長，各類工業(yè)、民用企業(yè)領(lǐng)域的需求正以幾何級數(shù)遞增，如汽車飛機的制造、核電、鋼鐵、新材料等領(lǐng)域。因此，超級計算機中心的運行能力只有更緊密的與實際生產(chǎn)、經(jīng)濟發(fā)展相結(jié)合才能夠發(fā)揮其效力。除此之外，高性能計算在城市服務領(lǐng)域的作為更加不可小覷。蔡立軍表示，如果將智慧城市理解為城市內(nèi)與城市間“互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)”的物物相聯(lián)，通過超算和云計算將其整合，能夠?qū)崿F(xiàn)人類社會與物理世界的和諧融合。智慧城市少不了以超級計算和云計算為基礎(chǔ)的信息系統(tǒng)，有限的計算，創(chuàng)造無限的可能，智慧城市要從超級計算和云計算開始。

總的來說，國外的高性能計算機應用已經(jīng)具有相當?shù)囊?guī)模，在各個領(lǐng)域都有比較成熟的應用實例。政府部門大量使用高性能計算機，能有效地提高政府對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的宏觀監(jiān)控和引導能力，包括打擊走私、增強稅收、進行金融監(jiān)控和風險預警、環(huán)境與資源的監(jiān)控和分析等等。

勇于突破屏障

高性能計算機能為企業(yè)和政府創(chuàng)造的價值是非凡的，國外的企業(yè)和用戶已經(jīng)充分地認識到這一點。一個證明是，20世紀90年代中期以來，國外80%以上企業(yè)的信息主管在選購機器時考慮高性能計算機，而在20世紀90年代初，這個數(shù)字只有15%。

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的超算中心在應用方面與國外有較大差距。造成差距的原因，除了科技創(chuàng)新實力有一定差距外，認識層面的普及和宣傳也存在偏差。王鵬解釋，高性能計算在科技領(lǐng)域的地位是無法撼動的，但在其他領(lǐng)域并不為人知曉，或者有些使用高性能計算的層面也沒有被準確定位。在國內(nèi)，這方面的市場引導和意識培養(yǎng)還很不夠，沒有讓企業(yè)、政府和社會充分認識到高性能計算機的益處，從而導致了一些觀念上的誤解。一提起高性能計算機，人們馬上就會聯(lián)想到用于尖端科學計算的超級計算機。此外，超級計算應用時間的長短也是一個很重要的因素，我國在超級計算領(lǐng)域起步比發(fā)達國家晚，在國家的大力支持下近幾年發(fā)展迅速，很快達到了世界領(lǐng)先水平，但超級計算的應用推廣還沒能全面跟上，即便是在發(fā)達國家，超級計算也是通過一個較長推動過程才做到廣泛的普及。如在西方發(fā)達國家：進入21世紀，金融、投行、保險業(yè)開始使用超級計算做風險分析。但實際上，高性能計算機90%的用途是非科學計算的數(shù)據(jù)處理、事務處理和信息服務，并非是僅僅存在于“象牙塔里的陽春白雪”。

想要突破高性能計算的應用瓶頸，一方面要保持住其高端科技計算領(lǐng)域的不可替代位置，另一方面在于相關(guān)技術(shù)融合的同時，也要勇于做出適度的犧牲。王鵬說：“高性能計算在數(shù)據(jù)挖掘分析和進行密集計算的時候優(yōu)勢非常明顯，但其卻無法實現(xiàn)像云計算那樣的網(wǎng)絡化服務，無法對實時數(shù)據(jù)處理進行時時交付，在存儲方面也存在無法滿足的要求。因此在與相關(guān)技術(shù)融合（例如hadoop）時，既要保持住優(yōu)勢，又要不可避免的犧牲部分計算能力，只有這樣還能實現(xiàn)融合，才能讓高性能計算更接地氣?！?/p>

總體來說，大規(guī)模的數(shù)據(jù)爆發(fā)和綜合性的業(yè)務、服務需求將會讓高性能計算機得到越來越多的產(chǎn)業(yè)界的認同，云計算、大數(shù)據(jù)的興起也為高性能計算帶來更多參與實踐的場景和機會，高性能計算終將得到更為廣泛的應用認可并成為重要的生產(chǎn)工具。