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中国领跑“现代科技大脑

2018-09-05 11:17

  “凭借一套搭载本土自主研发处理器芯片的世界一流超级计算机系统,中国巩固了在这一计算机最高领域的领导地位。”在榜单发布后,美国《华尔街日报》这样评论。

  从天的不测风云,海的潮涨潮落,人体的健康安危,到茫茫宇宙的待解谜团……古往今来,人们不舍昼夜想要探寻的奥妙和规律,正成为超级计算机(简称超算)的使命。

  简单地说,超算就是计算机中的“战斗机”——功能最强、运算速度最快、存储容量最大。当前,超算已成为一国科技水平和综合国力的重要标志,是现代科学技术的大脑。

  每年两次放榜的全球超级计算机500强榜单(简称TOP500榜单),见证着中国的超算大国之路。在2017年6月发布的最新TOP500榜单上,中国超算“神威·太湖之光”再次斩获世界超算冠军。至此,“神威·太湖之光”和“天河二号”已连续三次夺得此项排名的前两名。

  据悉,“神威·太湖之光”目前峰值计算能力已达每秒12.5亿亿次,持续计算能力达每秒9.3亿亿次,是第二名“天河二号”浮点运算速度的近3倍,它一分钟的计算能力相当于全球72亿人口同时用计算器连续不间断计算32年。更值得一提的是,“神威·太湖之光”采用的是中国自主研制的芯片“申威26010”。

  “凭借一套搭载本土自主研发处理器芯片的世界一流超级计算机系统,中国巩固了在这一计算机最高领域的领导地位。”在榜单发布后,美国《华尔街日报》这样评论。

  “重速度,不重应用”,曾经是外界对中国超算的一种质疑。国家并行计算机工程技术研究中心副主任梁军告诉《环球》杂志记者:“美国超算霸主地位的确立,不仅在于核心处理器与速度方面的优势,更在于其超算的应用。美国的超算发展始终坚持以应用促研发,这也是其近年来在超算速度之争中放缓脚步的重要原因。”

  然而,今昔不同往日,中国超算已接连在应用上获得世界认可。梁军表示,“神威·太湖之光”自设计时起,其研发团队便开始与国内顶级超算用户不断接触。在“神威·太湖之光”登顶世界第一的同时,基于它展开的三项应用也得以在2016年入围国际高性能计算应用最高奖——“戈登·贝尔”奖(被誉为超算的诺贝尔奖)提名,且其中一项应用已获该奖,实现了中国29年来在该奖项上零的突破。在刚刚公布的2017年“戈登·贝尔”奖提名应用中,又有两项应用成果入围。

  据介绍,“神威·太湖之光”的应用领域涉及天气气候、航空航天、先进制造、生物医药、新材料、新能源等19个方面,支持国家重大科技应用、先进制造等领域解算任务几百项,一年来共计完成200多万项作业任务,平均每天完成近7000项作业任务。

  在算天方面,超算是提高天气预报准确度的利器。“下不下雨关键看云层运动,没有超算之前,观测云层的精度是按照经纬度。有了超算之后,就可对云层运动进行精确模拟与观测。”北师大全球变化与地球系统科学研究院教授王兰宁说。

  “如果能够盯住每一朵云,天气预报将万无一失。”2016年王兰宁借助“神威·太湖之光”对云层的观测精度较2011年他使用“天河一号”时提高了1万多倍。而2016年他参与的超算应用——“全球大气非静力云分辨模拟”也获得了“戈登·贝尔”奖。

  据悉,天津超算中心研究人员目前正致力于利用“天河一号”服务于雾霾天气预警预报,未来3年有望形成全国性雾霾预警预报能力。

  除了算地球的天,超算还可用于研究更加遥远的天——宇宙。中国科学家在“神威·太湖之光”上创造出最大的虚拟宇宙,其规模是之前世界纪录的5倍。

  在算地方面,中国近年来也取得不少成果。例如,自主研发出石油地震勘探数据分析核心软件,将地下成像速度由过去的三天缩短为一天。国家海洋局第一海洋研究所与清华大学合作推出的超算应用——“高分辨率海浪数值模拟”在2016年获得了“戈登·贝尔”奖提名。

  中国超算的算人能力更是超乎想象。有了超算,模拟血流、心脏乃至人体任何一个部位都不再是梦想。只要运算核够多、速度够快,医疗工作者的诊断和治疗水平就将大幅提升。

  “过去,对一个可能发生脑梗塞的病人,医院难以判断是否要进行支架手术,一般都会通过从大腿动脉处放进测压导丝进行测量,这种方式既危险又痛苦。如今,经过模拟计算,只要血流储备分数小于0.8,就要做手术。”中科院深圳先进技术研究院副研究员陈荣亮说。

  同时“借助超算,药物的设计过程得以加快,从而能尽快用于挽救生命,防止疫情蔓延。”中科院计算所计算机体系结构国家重点实验室研究员、中国计算机学会高性能计算专业委员会秘书长张云泉告诉《环球》杂志记者。

  超算还可用于人类基因组的研究。目前,天津超算中心正与华大基因合作,利用超算破解人类“基因组学”研究中面临的海量数据存储和处理的技术难题。

  “当我们的超算成为世界明星,它释放的魅力是巨大的。”张云泉说,国外的超算需求纷至沓来,这是一份意外的惊喜。

  张云泉说:“世界上很多超算科学家都渴望大机器,当新的项目在旧机器上已经跑不动了,而他们国家的超算发展却相对滞后,所以一旦咱们国家的新机器面世,他们就很迫切地想把自己的代码、软件拿过来和中国人一起研制,特别是在不涉军涉密的科学研究上。”

  “来自欧洲的超算需求显得很迫切,”张云泉说,“许多国外的朋友通过邮件找到我,希望和‘太湖之光’联合开展研究。还有法国大使馆的科技参赞也专门找到我,希望中法之间签订战略合作协议,让法国的科学家到中国来使用‘太湖之光’,这些合作我们都在落实当中。”

  天津超算中心主任刘光明说,包括德国国家科研机构于利希集团在内的国际用户表示希望借助“天河一号”,逐步摆脱他国(美国)对其在超算方面的技术控制。天津超算中心已经与于利希超级计算机中心签署了合作协议。

  此外,借助超算技术,中科院北京基因组研究所也已成为世界各地科学家和制药公司的首选合作对象之一。

  CPU芯片是超算的核心,也是国家技术实力的象征。中国的“天河”系列超算虽然在世界TOP500榜单上排名第二,但其国产CPU比例不高,成为中国超算核心要素中的短板。

  2015年初,美国政府将位于长沙、广州和天津的超算中心以及国防科技大学4家机构列入芯片限制出口名单。不少分析人士认为这很可能是国外“超算反击战”的序幕,而这也将倒逼国产芯片加速研发。

  国防科技大学教授、天河二号系统主任设计师卢宇彤曾表示,中国高性能计算机的发展,会主动应对各种挑战,在未来不太长的时间里,能迈上一个新的台阶。

  目前,天津超算中心已开始与国防科技大学联合研制中国新一代百亿亿次超级计算机样机。天津超算中心主任助理孟祥飞说,根据规划,它的浮点计算处理能力将达到10的18次方,是现在“天河一号”超算的200倍。

  除了大幅提升的计算速度,该新型计算机还将实现“全自主”。“自主的芯片、自主的操作系统和自主运行的计算环境。”刘光明说。

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