大國“超算”超常發展二十年 20年運行速度提高5000多萬倍

“運算1分鐘相當于72億地球人同時用計算器不間斷計算32年”“相當于200多萬臺普通電腦”，這是對目前世界上最快的超級計算機——我國“神威·太湖之光”超級計算機計算能力的形容。這是全球第一臺運行速度超過10億億次/秒的超級計算機。國際TOP500組織在德國法蘭克福舉行的“2016世界超算大會”上，宣布其為2016年的世界冠軍。在今年6月19日的“2017世界超算大會”上，“神威·太湖之光”再次奪冠，“天河二號”名列第二，這是兩臺機器第三次聯手占據榜單前兩名位置。 而更快的E級——每秒計算百億億次的超級計算機，有望在2020年左右推出，“神威”“曙光”“天河”等系列超級計算機的研究團隊正在加緊研制E級機。 國家持續投入20年超常規發展 “我國的‘超算’確實是走過了一條超常規發展之路。按照國際常規，20年計算速度提高100萬倍，而我們在過去20年里，‘超算’運行速度提高了5000多萬倍。”錢德沛教授說。他是國家863計劃“高效能計算機及應用服務環境”重大項目總體專家組組長，已連續15年擔任3個“超算”重大專項的負責人。 863計劃的“超算”事業起步于上世紀90年代初。超級計算機后來被列入《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》中，計劃到2020年達到千萬億次計算能力。 “現在回頭看，當時的目標保守了，千萬億次我們2010年就達到了。”錢德沛回憶，當時對于“超算”的發展路徑還有一些爭議。在這一階段，國家增加了項目經費投入，從最初的6.4億元增加到9.3億元。 我國“超算”取得的成就引起了國際重視，2011年“世界超算大會”上，錢德沛受邀作特邀報告，這也是中國人第一次被“世界超算大會”邀請作大會報告。 “高效能計算機及應用服務環境”是從2011年開始的第三個863重大項目，從這個重大項目的名稱看，更加強調應用。項目實施期正處于“十二五”計劃期間，我國“超算”的計算速度又提高了近50倍，“天河二號”“神威·太湖之光”相繼成為世界上最快的計算機。 總結我國“超算”的發展之路，錢德沛認為，這是國家持續支持的成果，首先在國家層面優先發展，持續投入，集中力量辦大事，中央、地方政府、應用部門多渠道支持；其次，也是科技界團結協作的結果。 “其實，我們在‘超算’領域的投入還是比較少的，有些環節，5年得到的項目經費投入也才100萬元。在有限經費條件下，我們強調協調發展，走了一條不同于歐美‘超算’發展的道路。”錢德沛說。 被卡脖子走出自主可控之路 就在我國“超算”奔跑在快速路上時，遇到了新問題——美國芯片禁運。 2015年2月，美國商務部將我國國家超級計算長沙中心、國家超級計算廣州中心、國家超級計算天津中心和國防科技大學四家機構列入芯片限售之列，而這些機器使用的是英特爾微處理器芯片。當時，作為世界上運行最快的計算機，“天河二號”連續拿下了“四連冠”。 “美國是感覺到了某種威脅，害怕我國一直占據超級計算機性能的世界冠軍位置。”中國計算機學會高性能計算專業委員會秘書長、中科院研究員張云泉當時在接受記者采訪時，首先點到了美國的“痛處”，因為在此之前，美國、日本等國一直處于“超算”領域領先位置，“我們進步雖快，但也暴露了一個問題，就是我們一直忽略核心處理器的自主化，隨時會被人卡脖子”。 國防科技大學教授、時任天河二號系統主任設計師盧宇彤隨后明確表示，天河二號系統的100P系統升級目標不會變，時間也在可控的范圍內。 “禁運促進了我們在‘超算’領域的自主研發。”錢德沛在接受記者采訪時說。 禁運第二年，安裝在國家超級計算無錫中心的“神威·太湖之光”登頂世界冠軍。除了運行速度引人矚目，全面采用國產眾核芯片“申威”和操作系統，軟硬件完全國產化，這更激揚了國人志氣。 “十三五”期間，“高性能計算”國家重點研發專項啟動，研制成功百億億次級（E級）計算機是重要目標。 “E級計算機的方案中，自主可控是首要的，而能耗、應用性能、可編程性、可靠性等，都是我們面臨的重大技術挑戰。”錢德沛說，“從目前看，3個驗證系統各有特點，采取不同的技術路線。但目前還沒有形成完全可行的E級計算機的技術方案，需要繼續探索。 在自主可控之路上，一批年輕科學家脫穎而出。張云泉被山東省政府彈性引進，任國家超級計算濟南中心主任。盧宇彤任國家超級計算廣州中心主任。一批70后、80后科學家，成為我國“超算”領域的技術領跑者。 計算惠民要做“超算”強國 張云泉介紹，將落戶青島的E級計算機，是由國家超算濟南中心、青島海洋國家實驗室、國家并行計算機工程技術研究中心聯合申請的國家科技部重大項目，是國家實驗室重大需求驅動下的“超算”研制的首次嘗試。 “我們一是要支持國家重大科技創新和戰略性新興產業，二是要服務地方經濟發展。過去是機器牽引需求，現在變為需求驅動計算。”張云泉介紹，濟南超算中心提出要“頂天”也要“立地”，作為政府主導的超算中心，應用多元化，既有高端計算也要惠民。 2016年11月，基于“神威·太湖之光”的一個應用項目獲得了有著“超算應用諾獎”之稱的戈登貝爾獎，這是我國首次獲此殊榮。在最終入圍的6個項目中有3個是我國的，都是基于“神威·太湖之光”超級計算機的應用。 “但是，我們依舊不是‘超算’強國，離強國之路還很遠。”錢德沛分析，雖然在國際TOP500強排行榜上，我國超級計算機上榜的數量與美國相當，“可是這不能代表我們的水平，因為大部分是互聯網應用的機器，而不是以‘超算’為目的建立的系統”。 錢德沛強調，排名不是我們發展“超算”的根本目的，促進大規模應用、解決國家面臨的挑戰性問題、帶動中國計算機產業的進步，才是我們的目的。具體來說，要提高高校、科研院所運用“超算”進行研究、提高企業利用“超算”解決問題的比例，提高計算的普及程度。 “現在超級計算機發展進入一個常態階段，不可能長期像過去20年那樣超常規發展。我們要抓緊建立起中國高性能計算發展的生態環境。”錢德沛說。 （來源：中國青年報記者李新玲）