“當(dāng)驚世界殊”：百億億次超級計算機向我們走來

高榮偉

10月27日，從國家并行計算機工程技術(shù)研究中心獲悉，由該中心牽頭的“E級高性能計算機原型系統(tǒng)”研制項目正式啟動，速度將十倍于目前世界最快。

國家并行計算機工程技術(shù)研究中心，是經(jīng)國家科委批準，于1992年8月開始組建，1996年6月通過國家驗收，中心總部設(shè)在北京市海淀區(qū)。中心組建的目的是開發(fā)商品化的并行計算機系統(tǒng)，逐步形成我國的高性能并行計算機產(chǎn)業(yè)，并將產(chǎn)品推向國內(nèi)、國際兩個市場。公開資料顯示，1999年10月，中心研制的第一臺神威-I型機進入國家氣象局業(yè)務(wù)運行，并以此為基礎(chǔ)成立了北京高性能計算機應(yīng)用中心。2001年1月，以中心研制的第二臺神威-I型并行計算機為主計算機系統(tǒng)的上海超級計算中心成立。2012中心因為成功研發(fā)全部裝備“中國芯”及具有全自主知識產(chǎn)權(quán)的“神威藍光”高性能計算機系統(tǒng)，在中央電視臺2012年度“創(chuàng)新改變中國”科技盛典中，榮獲創(chuàng)新團隊獎。

據(jù)悉，目前世界上運算速度最快的就是由國家并行計算機工程技術(shù)研究中心研制的“神威·太湖之光”超級計算機，峰值性能為125.436PFlops，也就是每秒執(zhí)行超過12.5億億次浮點計算。目前啟動的新超算將提高到全新的E級，即ExascaIe（1000PFIops），每秒以百億億次浮點計算，將為航天、材料、氣候氣象等多領(lǐng)域關(guān)鍵應(yīng)用提供強有力支撐。何為E級超算？所謂E級超算，是指每秒可進行百億億次數(shù)學(xué)運算的超級計算機，被全世界公認為“超級計算機界的下一頂皇冠”，它將在解決人類共同面臨的能源危機、污染和氣候變化等重大問題上發(fā)揮巨大作用。何為“百億億次”？中國國家超算天津中心主任助理孟祥飛表示，已啟動樣機研制的中國百億億次超級計算機的浮點計算處理能力將達到10的18次方，是“天河一號”的200倍，其工作一小時相當(dāng)于全體國人上萬年的工作量。

“原型系統(tǒng)可以良好地支撐高性能計算、深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)、云計算等領(lǐng)域應(yīng)用，加快技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，對我國高性能計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展有重大支撐作用。”中科曙光副總裁沙超群如是說。業(yè)內(nèi)人士介紹，超級計算機是世界高新技術(shù)領(lǐng)域的戰(zhàn)略制高點，是國家綜合國力和競爭力的重要標(biāo)志，美、日、歐、俄等發(fā)達國家紛紛加大投入，而美國則將E級計算機上升為國家戰(zhàn)略。

我國也將E級超算的研究寫入了國家“十三五”規(guī)劃。據(jù)悉，科技部國家重點專項共支持了三種不同技術(shù)路線的E級原型系統(tǒng)，國家并行計算機工程技術(shù)研究中心負責(zé)的只是其中之一，國防科技大學(xué)、中科曙光也在做。從我國高性能計算機角度分析，多年來，位于天津的中科曙光在國家“863”“核高基”等重大專項支持下，一直致力于在高性能計算機領(lǐng)域的探索與研發(fā)。2004年6月，每秒運算11萬億次的超級計算機曙光4000A研制成功，落戶上海超級計算中心，進入全球超級計算機前十名，從而使中國成為繼美國和日本之后，第三個能研制10萬億次高性能計算機的國家。從曙光一號、曙光1000到曙光6000，先后研制成功了百萬億次和千萬億次高性能計算機系統(tǒng)，一直代表國產(chǎn)高性能計算系統(tǒng)的最高水平，見證了我國高性能計算機從跟跑、并跑到領(lǐng)跑的全過程。新華社報道，6年前，中國首臺千萬億次超級計算機“天河一號”落戶天津，且以每秒4700萬億次的峰值性能獲得世界超級計算機排名第一的殊榮。

雖然中國超級計算機一直走在世界前列，但科研人員的腳步并沒有因此放緩。據(jù)了解，中國新一代百億億次超級計算機主要特點是突出“全自主”，自主芯片、自主操作系統(tǒng)、自主運行計算環(huán)境，樣機預(yù)計在2017年底至2018年初完成。此前，“神威·太湖之光”用上了純國產(chǎn)核心處理器，已經(jīng)震驚世界，而此次新的E級原型系統(tǒng)將進行全面提檔升級，全面配備國產(chǎn)的處理器、高性能網(wǎng)絡(luò)，以及自主設(shè)計的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用，具有全套知識產(chǎn)權(quán)。所有這一切，“當(dāng)驚世界殊”，必將再次吸引全球的目光。

目前“天河一號”系統(tǒng)使用率超過90%，已進入“飽和”運行狀態(tài)，并發(fā)運行的作業(yè)數(shù)量達到1200余個，先后服務(wù)國家重大重點科研項目超過1000個，為企業(yè)帶動經(jīng)濟效益超過20億元。據(jù)悉，今年國家超級計算天津中心同國防科技大學(xué)聯(lián)合開展我國新一代百億億次超級計算機研制?！靶乱淮袊賰|億次超算與現(xiàn)有超算相比，不僅是計算能力上的擴展，在計算密度、單塊計算芯片計算能力、內(nèi)部數(shù)據(jù)通信速率都將得到極大提升?！泵舷轱w說，科技創(chuàng)新真正為產(chǎn)業(yè)發(fā)展服務(wù)，才是其最根本目標(biāo)。他強調(diào)，如何將更多航空航天、石油、氣候氣象等成熟應(yīng)用軟件移植到中國百億億次超級計算機平臺上且保證其高效運行，是研發(fā)團隊面對的重要課題。針對E級計算可能帶來的眾多難題，中科曙光從計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)冷卻和可靠性等方面，針對性地布局E級計算。

中心副主任梁軍介紹，E級計算機在效率、能耗、可靠性和應(yīng)用適應(yīng)性等方面仍面臨前所未有的挑戰(zhàn)，具有很多不確定性。本次研發(fā)具有一定規(guī)模的E級計算機原型系統(tǒng)，將充分驗證國產(chǎn)核心技術(shù)和創(chuàng)新技術(shù)的有效性，為實現(xiàn)E級以上規(guī)模計算機提供堅實基礎(chǔ)。

“針對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)劃周期長、建設(shè)成本高、運維復(fù)雜、系統(tǒng)利用效率低、數(shù)據(jù)聚合性差等問題，中科曙光推出了‘立體化數(shù)據(jù)中心。”沙超群介紹說，立體數(shù)據(jù)中心同時兼有模塊化、綠色化、智能化、分離融合、高密度等特點，可滿足E級計算對數(shù)據(jù)中心的需求?！熬G色節(jié)能與智能化將是成熟數(shù)據(jù)中心的‘標(biāo)配，未來數(shù)據(jù)中心都將圍繞這兩個方向來優(yōu)化?！?/p>

據(jù)中科曙光介紹，E級超算原型系統(tǒng)搭建完畢后，將在上海超算中心、深圳超算中心、中科院網(wǎng)絡(luò)中心等地進行應(yīng)用示范，直接提供高性能計算、云計算、大數(shù)據(jù)處理等商業(yè)化服務(wù)。