上榜數(shù)量全球第一 中國超算未來怎么走？

馬利亞

近日，全球超算500強(qiáng)中國上榜數(shù)量蟬聯(lián)第一的消息讓高性能計(jì)算（HPC）再次引發(fā)關(guān)注。高性能計(jì)算是一個(gè)國家的綜合國力體現(xiàn)，是支撐國家實(shí)力持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，世界各國都在積極建立、強(qiáng)化超級計(jì)算中心，提升高性能計(jì)算能力。占有如此重要戰(zhàn)略位置的高性能計(jì)算未來發(fā)展會(huì)是怎樣的呢？

你追我趕發(fā)展迅速

從新一期全球超級計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單來看，中國在數(shù)量上繼續(xù)增長，美國在最快超算上領(lǐng)跑。

全球超級計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單始于1993年，由國際組織“TOP500”編制，每半年發(fā)布一次，是給全球已安裝的超級計(jì)算機(jī)排座次的知名榜單。6月17日，新一期全球超級計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單面世，中國超算上榜數(shù)量蟬聯(lián)第一，美國超算“頂點(diǎn)”仍是運(yùn)算速度冠軍。

中國境內(nèi)有219臺(tái)超算上榜，在上榜數(shù)量上位列第一，美國以116臺(tái)位列第二，日本、法國、英國和德國依次位居其后。這是2017年11月以來，中國超算上榜數(shù)量連續(xù)第四次位居第一。其中，中國“超算三強(qiáng)”聯(lián)想、浪潮、曙光分別貢獻(xiàn)了173臺(tái)、71臺(tái)和63臺(tái)，分列廠商榜單的前三位。值得一提的是，聯(lián)想上榜超算數(shù)量較2018年11月榜單增加33臺(tái)，于去年就已經(jīng)成為TOP500超級計(jì)算機(jī)全球最大的供應(yīng)商。2018年的數(shù)據(jù)顯示，全球500臺(tái)最強(qiáng)大的超級電腦中有近1/4執(zhí)行聯(lián)想裝置。

從新一期全球超級計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單來看，中國在數(shù)量上繼續(xù)增長，美國在最快超算上領(lǐng)跑，其在超算運(yùn)算速度上仍有較大的優(yōu)勢。美國能源部下屬橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的“頂點(diǎn)”以每秒14.86萬億次的浮點(diǎn)計(jì)算能力再次登頂，打破了在半年前榜單上的每秒14.35萬億次的紀(jì)錄。而美國能源部下屬勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的“山脊”、中國超算“神威·太湖之光”和“天河二號”分列二、三、四位。

中科院計(jì)算所研究員、國家超算濟(jì)南中心主任張?jiān)迫嬖V《中國電子報(bào)》記者，本期全球超級計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單變化不大，中國排在前50的超級計(jì)算機(jī)較少，形成“頭重腿長腰細(xì)”的形態(tài)。目前，中國已經(jīng)是超算大國，但還不是超算強(qiáng)國。

賽迪顧問分析師劉新表示，從榜單數(shù)量來看，中國在超算上榜數(shù)量上位列第一，可以看出中國在高性能計(jì)算方面實(shí)力是逐年提升。雖然美國上榜數(shù)量位列第二，但在單節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力上，中國與美國的差距仍然很大。并且，排名并不能夠代表高性能計(jì)算應(yīng)用的真實(shí)情況，受制于高性能軟件發(fā)展，國內(nèi)的高性能計(jì)算應(yīng)用還是較匱乏，也較落后，很多產(chǎn)品難以發(fā)揮其真正的規(guī)模計(jì)算能力。另外，在體系架構(gòu)創(chuàng)新方面我們還需多元化發(fā)展。

架構(gòu)創(chuàng)新成為重點(diǎn)

為了支撐多元化的應(yīng)用需求、適應(yīng)多樣的計(jì)算需求，超級計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)，也會(huì)向異構(gòu)化方向發(fā)展。

現(xiàn)階段超算目標(biāo)不再局限于提升系統(tǒng)計(jì)算性能，而更偏重于發(fā)展自身超算技術(shù)，HPC發(fā)展之路可謂從Supercom-purer到Supercoroputing（從超級計(jì)算機(jī)到超級計(jì)算技術(shù)）。劉新告訴《中國電子報(bào)》記者，高性能計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的是高性能計(jì)算，每年技術(shù)演進(jìn)的重心不再是傳統(tǒng)的集群方式，而是基于體系架構(gòu)創(chuàng)新。目前，更多的廠商開始利用新的技術(shù)架構(gòu)，如GPU+CPU的混合架構(gòu)。CPU本身的性能與架構(gòu)也會(huì)向多核、眾核的方向發(fā)展。未來，也會(huì)出現(xiàn)AI+HPC這類組合應(yīng)用。

張?jiān)迫硎?，為了支撐多元化的?yīng)用需求、適應(yīng)多樣的計(jì)算需求，超級計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)，也會(huì)向異構(gòu)化方向發(fā)展。而超級異構(gòu)的創(chuàng)意性架構(gòu)需要多元化的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，本次全球超級計(jì)算機(jī)500強(qiáng)發(fā)布會(huì)上也提到了推動(dòng)測試標(biāo)準(zhǔn)多元化發(fā)展的目標(biāo)。

云超算賦能全行業(yè)

面對新的行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，超級計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和軟件生態(tài)都要不停地創(chuàng)新和進(jìn)化。

高性能計(jì)算機(jī)的用途有很多。目前，中國有6個(gè)超級計(jì)算中心，已經(jīng)構(gòu)建了從編譯器、操作系統(tǒng)、開發(fā)環(huán)境到應(yīng)用平臺(tái)的較為完善的軟件生態(tài)鏈，應(yīng)用領(lǐng)域涉及天氣氣侯、航空航天、先進(jìn)制造、新材料等眾多方面。目前，高性能計(jì)算正從傳統(tǒng)的科學(xué)計(jì)算向新型的計(jì)算領(lǐng)域快速擴(kuò)散，如人工智能、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等都和超級計(jì)算的計(jì)算能力有密切的關(guān)系，尤其在人工智能智方面起到了很大的推動(dòng)作用。高性能計(jì)算的算力為大數(shù)據(jù)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)保障，大數(shù)據(jù)又是人工智能發(fā)展的支撐。同時(shí)，人工智能的發(fā)展和應(yīng)用促進(jìn)大數(shù)據(jù)的爆發(fā)增長和算力的技術(shù)提升，三者有著密切的關(guān)聯(lián)。有專家表示，高性能計(jì)算直接帶動(dòng)人工智能和大數(shù)據(jù)的發(fā)展。人工智能滲透性強(qiáng)，在各行業(yè)都有體現(xiàn)，如智能工業(yè)、智能醫(yī)療、智能交通等方面。人工智能的發(fā)展需要芯片、算法、硬件等解決方案，技術(shù)偏“硬”。而大數(shù)據(jù)基于海量數(shù)據(jù)分析，技術(shù)偏“軟”。兩者相輔相成、相互結(jié)合才能賦能每一個(gè)行業(yè)。

大數(shù)據(jù)的特色在于對海量數(shù)據(jù)的挖掘，但它必須依托云計(jì)算的分布式處理、分布式數(shù)據(jù)庫、云存儲(chǔ)和/或虛擬化技術(shù)。從技術(shù)上看，大數(shù)據(jù)與云計(jì)算的關(guān)系就像一枚硬幣的正反面一樣密不可分?！拔磥淼母咝阅苡?jì)算可能還要和云計(jì)算融合，即所謂的高性能云計(jì)算。高性能云計(jì)算會(huì)成為高性能計(jì)算向大眾、向整個(gè)社會(huì)普及的窗口，在未來計(jì)算的建設(shè)中將發(fā)揮越來越重要的作用。”張?jiān)迫獙Α吨袊娮訄?bào)》記者說。

張?jiān)迫硎?，面對新的行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，超級計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和軟件生態(tài)都要不停地創(chuàng)新和進(jìn)化。與新的應(yīng)用領(lǐng)域融合創(chuàng)新，這也是目前超算發(fā)展的主要挑戰(zhàn)。

算力工廠惠及大眾

未來高性能計(jì)算的服務(wù)模式，應(yīng)充分利用現(xiàn)有資源，實(shí)現(xiàn)算力的開發(fā)、共享，讓算力惠及民生。

隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來臨，高性能計(jì)算已經(jīng)逐漸走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入企業(yè)應(yīng)用，和我們的生活息息相關(guān)。相比過去，高性能計(jì)算這個(gè)主要用于科研機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)已經(jīng)在逐漸“平民化”。

“當(dāng)前高性能計(jì)算的應(yīng)用主要還是集中在科學(xué)計(jì)算方面，如模擬仿真，基因測序、大腦研究、天體物理學(xué)、人工智能、氣候科學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、汽車和航空等領(lǐng)域。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)的發(fā)展，我認(rèn)為HPC的服務(wù)模式也會(huì)發(fā)生一些變化。從傳統(tǒng)科學(xué)研究走向商用，通過HPC平臺(tái)對外輸出類似海量數(shù)據(jù)的處理、HPC應(yīng)用軟件開發(fā)與測試等在線服務(wù)?！眲⑿孪颉吨袊娮訄?bào)》記者表示。

目前無論是高精尖領(lǐng)域，還是以全球人口為龐大基數(shù)的運(yùn)算分析領(lǐng)域，對于算力的需求都是持續(xù)增長的。未來高性能計(jì)算的服務(wù)模式，應(yīng)充分利用現(xiàn)有資源，實(shí)現(xiàn)算力的開發(fā)、共享，讓算力惠及民生，走入千家萬戶，使企業(yè)甚至個(gè)人皆可享有算力帶來的便利。

“隨著高性能計(jì)算的快速發(fā)展，對計(jì)算力的需求越來越旺盛，我們將來可能會(huì)進(jìn)入一個(gè)算力經(jīng)濟(jì)的時(shí)代。甚至?xí)霈F(xiàn)類似于發(fā)電廠的算力工廠，可以簡單、便宜地把計(jì)算能力輸送到社會(huì)的方方面面?！睆?jiān)迫f，“未來我們可能會(huì)進(jìn)入一個(gè)國家超算中心和算力工廠并存的時(shí)代，這樣既可以滿足社會(huì)高精尖領(lǐng)域的需求，也可以滿足經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新和社會(huì)生活等各個(gè)方面的需求?！?/p>