無(wú)錫“神威”，算出未來(lái)

毛振華　朱國(guó)亮

神威·太湖之光超級(jí)計(jì)算機(jī)

隨著以人工智能、大數(shù)據(jù)和區(qū)塊鏈為代表的數(shù)字化浪潮撲面而來(lái)，信息技術(shù)服務(wù)實(shí)體經(jīng)濟(jì)能力顯著增強(qiáng)，實(shí)體經(jīng)濟(jì)加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型成為大勢(shì)所趨。

在推進(jìn)數(shù)字技術(shù)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合過(guò)程中，多次登上世界超算之巔的超級(jí)計(jì)算機(jī)“神威·太湖之光”威力盡顯。在強(qiáng)大算力的支撐下，“神威·太湖之光”助力我國(guó)科研創(chuàng)新邁出新步伐，構(gòu)建起諸多實(shí)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心競(jìng)爭(zhēng)力，趟出了一條產(chǎn)業(yè)謀求轉(zhuǎn)型實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的新路。

走進(jìn)國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心主機(jī)房，整齊排列的數(shù)十個(gè)計(jì)算機(jī)機(jī)柜映入眼簾，每個(gè)機(jī)柜都容納了上千塊處理器。這就是聞名世界的超級(jí)計(jì)算機(jī)“神威·太湖之光”，國(guó)之重器。

發(fā)布于2016年6月的“神威·太湖之光”，由國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心研制，坐落在江蘇省無(wú)錫市濱湖區(qū)蠡園開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)的國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心。該超算系統(tǒng)峰值性能12.5億億次，計(jì)算能力相當(dāng)于200多萬(wàn)臺(tái)普通筆記本電腦同時(shí)工作，持續(xù)性能9.3億億次，性能功耗比每瓦特60.5億次……

如今，“神威·太湖之光”已應(yīng)用于20 多個(gè)領(lǐng)域，服務(wù)用戶(hù)超300家，完成1000 余項(xiàng)應(yīng)用課題的計(jì)算任務(wù)。

國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心研發(fā)工程師葉躍進(jìn)向《瞭望東方周刊》介紹，“神威·太湖之光”采用直流供電、全機(jī)水冷等技術(shù)，建立了全方位低功耗設(shè)計(jì)與控制體系，比同時(shí)期其他國(guó)際頂尖超算系統(tǒng)節(jié)能60%以上。

自發(fā)布以來(lái)，它已連續(xù)四次榮獲世界超級(jí)計(jì)算機(jī)TOP500榜單第一。2021年11月，在全球超級(jí)計(jì)算大會(huì)上，神威超算團(tuán)隊(duì)參與研發(fā)的神威量子模擬器再次摘得年度世界高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域最高獎(jiǎng)——“戈登·貝爾”獎(jiǎng)，這已是基于神威系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用第三次奪得該獎(jiǎng)項(xiàng)。

進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，算力代表著對(duì)數(shù)字化信息的處理能力，不僅改變了人類(lèi)的生產(chǎn)方式、生活模式和科研范式，而且成為科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵“底座”。從太空探索，到人類(lèi)基因測(cè)序、醫(yī)藥研發(fā)，再到打車(chē)、購(gòu)物，都要靠算力設(shè)施來(lái)處理海量數(shù)據(jù)。算力設(shè)施已成為新時(shí)期必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施。在強(qiáng)大算力支持下，“神威·太湖之光”將有廣闊的應(yīng)用施展空間。

國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心研發(fā)部副主任劉釗告訴《瞭望東方周刊》，“神威·太湖之光”相關(guān)應(yīng)用項(xiàng)目于2017年獲得了“戈登·貝爾獎(jiǎng)”及兩項(xiàng)提名獎(jiǎng)，其中便有他參與的“地球系統(tǒng)模式”項(xiàng)目。

“不夸張地說(shuō)，通過(guò)這個(gè)應(yīng)用可以‘前知五百年，后知五百年’?！眲⑨摲Q(chēng)，該系統(tǒng)可以真實(shí)地模擬出地球生態(tài)演變的過(guò)程，既可以推演工業(yè)革命起地球氣候的巨大變化，也能向未來(lái)推演幾百年后大氣演變、海洋演變等自然生態(tài)的變化。

“由于系統(tǒng)極其復(fù)雜龐大，研發(fā)者在開(kāi)發(fā)初期面臨巨大的難題，以前所積累的經(jīng)驗(yàn)和編程模式都無(wú)法開(kāi)展。最終，龐大的系統(tǒng)產(chǎn)生了超過(guò)200萬(wàn)行的代碼，這個(gè)代碼量已經(jīng)到了行業(yè)天花板級(jí)別，卻僅用了神威50%的計(jì)算資源。”劉釗說(shuō)。

據(jù)介紹，國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919首飛成功，也離不開(kāi)“神威·太湖之光”的助力。相關(guān)研究機(jī)構(gòu)與國(guó)家超算無(wú)錫中心合作，開(kāi)展了C919多種飛行狀態(tài)的模擬，完成了C919大型客機(jī)相關(guān)特性的精細(xì)數(shù)值模擬，計(jì)算網(wǎng)格規(guī)模由千萬(wàn)網(wǎng)格提升到兩億網(wǎng)格，計(jì)算時(shí)間縮短到10小時(shí)以?xún)?nèi)，大大減少了風(fēng)洞試驗(yàn)次數(shù)，降低了設(shè)計(jì)成本。

“以前許多做不到，甚至不敢想的事情，現(xiàn)在借助超算可以實(shí)現(xiàn)?！敝袊?guó)船舶科學(xué)研究中心、中船奧藍(lán)托軟件公司研究員吳乘勝說(shuō)，借助“神威·太湖之光”，他們對(duì)繞流問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值模擬，終于順利完成“船舶流體力學(xué)CFD軟件”的研發(fā)。

國(guó)家計(jì)算流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室通過(guò)對(duì)“天宮一號(hào)”返回路徑的數(shù)值模擬，為“天宮一號(hào)”順利“回家”提供了精確預(yù)測(cè)；上海藥物所藉此開(kāi)展的藥物篩選和疾病機(jī)理研究，短短2周就完成常規(guī)需要10個(gè)月的計(jì)算，大大加速了白血病、癌癥等方向的藥物設(shè)計(jì)進(jìn)度……如今，“神威·太湖之光”已應(yīng)用于20多個(gè)領(lǐng)域，服務(wù)用戶(hù)超300家，完成1000余項(xiàng)應(yīng)用課題的計(jì)算任務(wù)。

“我們將始終面向國(guó)家重大挑戰(zhàn)性應(yīng)用需求，支持研究機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)高性能應(yīng)用課題?！比~躍進(jìn)說(shuō)。

國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心研發(fā)部副主任劉釗在機(jī)房查看“神威·太湖之光”的運(yùn)行情況

工欲善其事，必先利其器。除了高大上的尖端科技，“神威·太湖之光”還以接地氣的姿態(tài)為產(chǎn)業(yè)賦能，服務(wù)實(shí)體經(jīng)濟(jì)，助力制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

比如，國(guó)家超算無(wú)錫中心同無(wú)錫遠(yuǎn)景能源合作開(kāi)展智慧風(fēng)場(chǎng)項(xiàng)目，為遠(yuǎn)景能源提供風(fēng)資源預(yù)測(cè)、風(fēng)場(chǎng)精細(xì)選址和風(fēng)機(jī)建造等一整套生命周期服務(wù)，僅用12天時(shí)間就完成了全國(guó)的風(fēng)資源數(shù)據(jù)測(cè)算，比原本的45天提速近4倍，數(shù)據(jù)誤差控制到了0.5%。

在環(huán)保領(lǐng)域，“神威·太湖之光”亦表現(xiàn)不俗。葉躍進(jìn)介紹，多年來(lái)，長(zhǎng)三角尤其是環(huán)太湖沿邊區(qū)域持續(xù)受到藍(lán)藻污染影響，國(guó)家超算無(wú)錫中心聯(lián)合國(guó)內(nèi)多家科研院所，實(shí)現(xiàn)了對(duì)藍(lán)藻出現(xiàn)區(qū)域及時(shí)間的預(yù)測(cè)?！斑@項(xiàng)研究一方面可以提高太湖水質(zhì)污染的分辨率，縮小治理范圍，節(jié)約治理成本；另一方面可以確保預(yù)測(cè)的時(shí)效性，從而及時(shí)處理?！?/p>

制造業(yè)是立國(guó)之本、強(qiáng)國(guó)之基，是國(guó)家經(jīng)濟(jì)命脈所系。我國(guó)制造業(yè)規(guī)模已連續(xù)多年保持世界第一，但長(zhǎng)期以來(lái)存在大而不強(qiáng)的問(wèn)題。

任虎是國(guó)家超算無(wú)錫中心先進(jìn)制造部部長(zhǎng)、“神工坊”項(xiàng)目總工程師。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的高性能仿真平臺(tái)“神工坊”，是專(zhuān)為工業(yè)制造領(lǐng)域提供高性能工業(yè)工具開(kāi)發(fā)、應(yīng)用服務(wù)的在線平臺(tái)，能滿(mǎn)足用戶(hù)快速物理建模、仿真軟件架構(gòu)體系優(yōu)化和仿真軟件快速眾核加速等多層次需求，助力國(guó)產(chǎn)仿真軟件的推廣和替代。

江蘇江陰長(zhǎng)電科技組裝車(chē)間裝片區(qū)域，作業(yè)員在操作裝片機(jī)臺(tái)進(jìn)行作業(yè)（李響/ 攝）

據(jù)介紹，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和研制領(lǐng)域，“神工坊”團(tuán)隊(duì)開(kāi)創(chuàng)性地在“神威·太湖之光”上完成了發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)模擬，網(wǎng)格總量在業(yè)界首次達(dá)到50億，有效提高了設(shè)計(jì)精度，減少了實(shí)驗(yàn)迭代次數(shù)和開(kāi)發(fā)成本，提高了研究效率和質(zhì)量。

“我們通過(guò)高保真模擬，設(shè)計(jì)人員可以清晰地捕捉部件相互作用造成的復(fù)雜現(xiàn)象，并在設(shè)計(jì)中后期對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能進(jìn)行合理準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。”任虎稱(chēng)，該研究在第四屆中國(guó)數(shù)字仿真論壇上斬獲2022數(shù)字仿真科技獎(jiǎng)“卓越應(yīng)用獎(jiǎng)”。

“‘神威·太湖之光’有著大數(shù)據(jù)應(yīng)用的天然優(yōu)勢(shì)?！敝袊?guó)工程院院士陳左寧表示，超算具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、檢索、計(jì)算和分析能力，在大數(shù)據(jù)應(yīng)用方面將大有可為。而現(xiàn)在的大數(shù)據(jù)應(yīng)用與新一代人工智能密切結(jié)合，對(duì)軟硬件都提出了很高要求，“神威·太湖之光”將為二者深度融合應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

“未來(lái)，國(guó)家超算無(wú)錫中心將是一所‘人工智能’大學(xué)?！崩顺奔瘓F(tuán)首席科學(xué)家張暉稱(chēng)，這所大學(xué)的學(xué)生并不是人類(lèi)，而是自動(dòng)駕駛汽車(chē)、醫(yī)院CT影像機(jī)等人工智能機(jī)器人。

在“神威·太湖之光”的“培訓(xùn)”下，智能機(jī)器人將逐步擁有獨(dú)立思考的“頭腦”。比如，自動(dòng)駕駛汽車(chē)不需要通過(guò)云控制，在斷網(wǎng)的情況下也能自己開(kāi)；醫(yī)院的CT機(jī)可以代替醫(yī)生診斷分析病情，通過(guò)大量數(shù)據(jù)的計(jì)算，選擇最優(yōu)解決方案。

作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的核心生產(chǎn)力，算力已成為全球戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)的新焦點(diǎn)。

中科院計(jì)算所研究員張?jiān)迫硎荆骸皵?shù)據(jù)如同原油，大規(guī)模的計(jì)算設(shè)備就相當(dāng)于大化工廠，化工廠可以從原油里提煉出汽油、柴油以及各種有價(jià)值的化工品，超算則可以又快又好地把大數(shù)據(jù)加工成社會(huì)需要的各種各樣的產(chǎn)品?！?/p>

國(guó)家超算無(wú)錫中心依托“神威·太湖之光”展開(kāi)的算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，正有效激發(fā)數(shù)據(jù)要素創(chuàng)新活力，加速數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化進(jìn)程。

數(shù)實(shí)融合映出產(chǎn)業(yè)變革的光明前景?！吧裢ぬ狻敝蒲袆?chuàng)新、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型之路將越走越寬?！皣?guó)之重器”算力優(yōu)勢(shì)持續(xù)釋放，正為經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展提供強(qiáng)有力支撐。