2016 年度中國科學院超級計算發(fā)展指數(shù)發(fā)布

中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心 顧蓓蓓

2017 年 11 月 9 日，在昆明舉辦的中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心 2017 年用戶大會暨技術(shù)交流大會上，中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心信息化發(fā)展戰(zhàn)略與評估中心發(fā)布了 2016 年度中國科學院超級計算發(fā)展指數(shù) (CAS SCDI)，該指數(shù)的評價指標數(shù)據(jù)基于自主開發(fā)的“CAS SCDI 數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)”Web 在線收集，院超級計算環(huán)境用戶群體中共計 157 個課題組提交了超級計算應用成果。

1 超級計算發(fā)展指數(shù)簡要分析

(1) 2016 年度 CAS SCDI 編制說明

中國科學院超級計算發(fā)展指數(shù) (CAS SCDI) 編制以超級計算生態(tài)環(huán)境合理量化綜合評價為出發(fā)點，遵循科學性、目的性、導向性、代表性、可行性、公開性和通用性原則，從環(huán)境建設、環(huán)境使用、用戶直接科研產(chǎn)出、支持用戶科研項目、人才培養(yǎng)和收入六個維度構(gòu)建了評價指標體系，共計 17 個三級評價指標、6 個分指數(shù)、1 個綜合指數(shù)。此外，該報告第四次為分中心提供超級計算發(fā)展指數(shù)分析，并將該指數(shù)繼續(xù)納入分中心考核的量化指標，為分中心的發(fā)展提供了重要參考依據(jù)。

圖1 中國科學院超級計算發(fā)展指數(shù) (CAS SCDI) 走勢 (2006-2016 年)Fig. 1 Trends of the CAS SCDI during 2006-2016

(2) 2016 年 CAS SCDI 編制結(jié)果及分析

中國科學院超級計算發(fā)展指數(shù) 2006-2016 年度走勢如圖 1 所示。

分析表明：

① 2016 年度，CAS SCDI 為 426.74 點，較 2015年度降低了 5.86%，2006-2016 年間平均增長率為35.76%。這表明，中國科學院超級計算過去幾年間保持著強勁的發(fā)展態(tài)勢，中國科學院超級計算環(huán)境的建成為中國科學院超級計算的發(fā)展注入了強大的動力，加強超級計算軟環(huán)境建設仍然是中國科學院超級計算環(huán)境今后發(fā)展需要著重解決的一個問題。

②超級計算應用的發(fā)展會在一定程度上滯后于計算能力的提升，但計算能力升級的間隔周期過長，致使用戶作業(yè)規(guī)模長期保持在一定的水平，甚至出現(xiàn)一定幅度的下降，這不利于超級計算應用的良性發(fā)展，也是阻礙超級計算發(fā)展的一個因素。

③加強超級計算人才培養(yǎng)是超級計算生態(tài)環(huán)境建設中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能夠直接推動用戶直接科研產(chǎn)出和收入等層面的發(fā)展，能夠為中國科學院超級計算良性發(fā)展提供持續(xù)推動力。

2006-2016 年度，中國科學院超級計算發(fā)展指數(shù)6 個分指數(shù)走勢如圖 2 所示。2016 年度，各分指數(shù)較2015年度的增長比例及對總指數(shù)的貢獻如圖 3 所示。

對 6 個分指數(shù)的編制結(jié)果的分析表明：

① 2016 年度，6 個分指數(shù)中，用戶直接科研產(chǎn)出分指數(shù)和支持用戶科研項目分指數(shù)較 2015 年度有所下降，降幅分別約為 17.76% 和 24.26 %；其余 4 個分指數(shù)較 2015 年度增幅較小。

② 2016 年度，用戶直接科研產(chǎn)出分指數(shù)對總指數(shù)增長的貢獻最高，達到 162.21%，由于 2016 年總指數(shù)是下降的，所以貢獻最高的分指數(shù)是降幅最多的，分析主要原因：一是 2016 年度提交用戶成果的人數(shù)減少，二是用戶發(fā)表論文數(shù)減少導致；其次是環(huán)境建設、環(huán)境使用、支持用戶科研項目、人才培養(yǎng)和收入分指數(shù)對總指數(shù)增長的貢獻甚微，這主要是因為中國科學院超級計算環(huán)境的基礎設施已基本老化，故障率越來越高，可用資源降低，這是中國科學院超級計算目前發(fā)展過程中所存在的薄弱環(huán)節(jié)，希望在“十三五”期間提升我院超級計算環(huán)境能力，更好的支撐服務我院的科學發(fā)展。

圖2 中國科學院超級計算發(fā)展分指數(shù)走勢 (2006-2016 年)Fig. 2 Trends of the sub-indices of the CAS SCDI during 2006-2016

(3) 分中心發(fā)展指數(shù)分析

2011-2016 年 9 個分中心的超級計算發(fā)展指數(shù)趨勢如圖 4 所示。數(shù)據(jù)表明，2016 年度合肥分中心、廣州分中心和蘭州分中心名列前三。整體來看，分中心發(fā)展是穩(wěn)健向上發(fā)展的，同時由于絕大部分分中心設備也已超過五年，設備需要升級換代以保障持續(xù)長久的發(fā)展。

分中心指數(shù)對總指數(shù)的貢獻率如圖 5 所示。數(shù)據(jù)表明，分中心對我院超級計算發(fā)展指數(shù)起到了重要作用，2016 年度貢獻率達到 42.18%。

圖3 2016 年度各分指數(shù)較 2015 年度增長比例及對總指數(shù)增長的貢獻Fig. 3 Contribution ratio of sub-indices to CAS SCDI growth (2016)

圖4 分中心超級計算發(fā)展指數(shù)走勢 (2011-2016 年)Fig. 4 Trends of the CAS SCDI of regional centers during 2011-2016

9 家分中心的分指數(shù)發(fā)展走勢如圖 6 所示。很明顯，2016 年度大部分分中心的收入分指數(shù)有大幅提升，主要原因是對收入分指標征集范疇進行了規(guī)范和明確。

圖5 分中心指數(shù)對總指數(shù)的貢獻率 (2011-2016 年)Fig. 5 Contribution ratio of sub-indices to CAS SCDI (2011-2016)

2 超級計算環(huán)境使用簡要分析

基于各中心管理員提交的超級計算環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)，從系統(tǒng)使用率和計算規(guī)模兩個維度對中國科學院超級計算環(huán)境 2016 年度使用情況進行統(tǒng)計分析。

(1) 中國科學院超級計算環(huán)境總中心和分中心系統(tǒng)整體使用率 (2016 年)

2016 年度中國科學院超級計算環(huán)境總中心和 9家分中心系統(tǒng)使用率情況如圖 7 所示。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2016 年度，總中心和青島、合肥、昆明分中心系統(tǒng)運行負載較高，系統(tǒng)使用率均超過了 50%，其中合肥分中心系統(tǒng)使用率最高，達到 69.21%。這主要在于這些超級計算中心擁有較大規(guī)模的用戶群體，超級計算學科應用領域較為廣泛，可以考慮進一步增強超級計算能力；沈陽分中心系統(tǒng)使用率偏低，可以從加強系統(tǒng)運維保障能力、拓展超級計算應用領域、培育超級計算典型示范應用等方面提高超級計算應用水平。

(2) 中國科學院超級計算環(huán)境總中心和分中心按計算規(guī)模統(tǒng)計的用戶作業(yè)機時占比情況 (2016 年)

對于總中心按計算規(guī)模統(tǒng)計的用戶作業(yè)機時占比，2010-2016 連續(xù)七年的對照情況如圖 8 所示。2010-2015年總中心 64-127 CPU 核計算規(guī)模的作業(yè)機時占比連續(xù)六年保持最高，2016 年度 2～31 CPU核作業(yè)機時占比最高，達到 40.35%。主要原因在于 2016年 8 月“元”二期開始正式對外開放，大規(guī)模作業(yè)尚未全面啟動，大規(guī)模的測試作業(yè)多運行于總中心系統(tǒng)之上，加之小規(guī)模作業(yè)仍然占比較大，尤其是其中公安部“全國十指指紋數(shù)據(jù)集中查重清洗”的項目安排，大量 24 核作業(yè)任務集中部署在總中心系統(tǒng)內(nèi)，全年共計運行 7479342 個作業(yè)，占據(jù) 2-31 核的 49.55%。此外，由于受國內(nèi)大型超算中心大規(guī)模計算作業(yè)能力逐年提升的影響，總中心“計算規(guī)模-用戶作業(yè)機時占比”變化曲線仍將呈現(xiàn)出“尖峰-厚尾”不對稱分布形態(tài)，曲線的峰值會逐漸右移且靠近曲線的左側(cè)。這也表明，超級計算能力建設需要合理規(guī)劃布局、分階段擴容，才能夠滿足用戶動態(tài)的應用需求，形成計算能力與學科領域應用協(xié)調(diào)、良性發(fā)展局面。

圖6 中國科學院超級計算發(fā)展分指數(shù)走勢 (2011-2016 年)Fig. 6 Trends of the sub-indices of the CAS SCDI during 2011-2016

圖7 2016 年度總中心和 9 家分中心系統(tǒng)整體使用率Fig. 7 System Usage Rate of head center and nine regional centers (2016)

圖8 總中心按計算規(guī)模統(tǒng)計的作業(yè)機時占比情況對照Fig. 8 Comparison of proportion of job walltime based on calculation scale in head center

圖9為 2016 年度各分中心按計算規(guī)模統(tǒng)計的作業(yè)機時占比情況。分析發(fā)現(xiàn)，在分中心萬億次計算系統(tǒng)中，用戶作業(yè)基本集中在 2～255 CPU 核的計算規(guī)模，9 家分中心該計算規(guī)模區(qū)間段的作業(yè)機時占比都接近或超過 70%，其中深圳、沈陽、武漢分中心在該計算規(guī)模區(qū)間段的作業(yè)機時占比超過 95%；9 家分中心中，蘭州和青島分中心 128 CPU 核以上計算規(guī)模的作業(yè)機時占比最高，超過 35%；青島分中心 128 CPU核及以上計算規(guī)模的作業(yè)機時占比達到 65.54%；合肥分中心 1024 CPU 核及以上計算規(guī)模的作業(yè)機時占比為 2.96%。這表明，各分中心在大規(guī)模并行計算應用方面具有一定的潛力，在超級計算應用拓展方面具有更大的發(fā)展空間。

3 超級計算用戶應用成果概覽

基于超級計算用戶已提交的2016年度超級計算應用成果數(shù)據(jù)，對用戶科研項目、學術(shù)論文和專利情況進行統(tǒng)計分析。

圖9 2016 年度分中心按計算規(guī)模統(tǒng)計的作業(yè)機時占比情況Fig. 9 Proportion of job walltime based on calculation scale in regional centers (2016)

圖10 由計算支撐的用戶科研項目經(jīng)費來源情況Fig. 10 Research funding sources supported by calculation of users

(1) 計算支撐科研項目經(jīng)費來源情況 (2016 年)

在中國科學院超級計算環(huán)境用戶群體中，2016年度計算支撐科研項目共計 416 項，比 2015 年度項目數(shù)降低 4.14%。經(jīng)費來源分布情況如圖 10 所示，國家級項目占比超過 80%，其中國家自然科學基金項目最多(占總項目的 60%)，這充分表明中國科學院超級計算環(huán)境為國家層面的科學研究項目的開展提供了強有力的計算支撐，對于國家科技創(chuàng)新有著無法替代的服務支撐能力。

(2) 超級計算用戶發(fā)表論文檢索情況 (2016 年)

超級計算用戶 2016 年度已發(fā)表論文共 528 篇，檢索情況如圖 11 所示，其中被 SCI 和 EI 檢索論文數(shù)達到 94%。和 2015 年度相比，2016 年度論文數(shù)量總數(shù)減少 30.52%，分析主要原因是“十三五”初期項目處于啟動階段，論文發(fā)表成果相對上一年數(shù)量有所減少。分析發(fā)現(xiàn)，中國科學院院超級計算環(huán)境提供的計算服務有力地促進了基礎理論研究、科學發(fā)現(xiàn)和工程技術(shù)創(chuàng)新。

圖11 超級計算用戶已發(fā)表論文檢索情況Fig. 11 Retrieval of published papers of Supercomputing users

圖12 超級計算用戶專利授權(quán)情況Fig. 12 Patent licensed by Supercomputing users

(3) 超級計算用戶專利授權(quán)情況 (2016 年)

2016 年度超級計算用戶專利授權(quán)共計 53 項，與2015 年度相比，專利數(shù)量增長 89.29%，類別分布情況如圖 12 所示，由超級計算技術(shù)支撐所產(chǎn)出的專利集中在“發(fā)明”“國外專利”和“實用新型”三個類別，各類專利數(shù)量呈逐年上升趨勢，進一步說明超級計算對于知識創(chuàng)新發(fā)揮了重要的促進作用。