你追我赶话超算

2018年07月23日 16:13:30 来源: 经济日报
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前不久,我国新一代百亿亿次超级计算机“天河三号”原型机首次亮相。 (新华社发)

  在上月底举行的“2018年国际超算大会”上,新公布的“超级计算机500强”(TOP500)榜单令人惊讶——新面孔美国橡树岭国家实验室的超级计算机“顶点(Summit)”排名榜首,曾经在最近5年中包揽冠军的我国超级计算机“神威·太湖之光”和“天河二号”则分列第二位和第四位。

  中国超级计算机落后了吗?超级计算机“你追我赶”式的比拼有何意义?作为计算机大家族中的“大块头”,超级计算机和普通人的生活有什么关系?

  超级计算机比什么

  作为各国综合科技创新能力的技术支撑,不仅要比拼超级计算机的运算速度,还要比谁更能形成产业,谁用得更好

  “在1976年,第一台超级计算机的运算峰值速度只有每秒1.6亿次;到2016年,‘神威·太湖之光’的运算峰值速度达到了每秒12.5万万亿次。40年来,超级计算机的速度提升了8000万倍。”国家超级计算天津中心系统管理部主管冯景华介绍说:“为什么发展得这么快?因为超级计算机已经成为各个国家综合科技创新能力的技术支撑。”

  超级计算机的成长速度之快,让人们很难对它准确定义。尽管有第三方市场研究机构将超级计算机定义为每台成本超过50万美元的计算机,但通常情况下,人们将计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的“大块头”称为超级计算机。它是计算机家族中的“巨人”,拿美国的超级计算机“顶点”来说,它有两个网球场那么大。

  那么,这些“巨人”比的又是什么呢?这次公布的全球超级计算机500强榜单主要比拼的是超级计算机运算速度。“顶点”浮点运算能力为每秒12.23亿亿次,峰值接近每秒18.77亿亿次。排名第二的“神威·太湖之光”,浮点运算速度仍维持在每秒9.3亿亿次。排在第三位至第五位的依次是美国的“山脊”、中国的“天河二号”和日本的“人工智能桥接云基础设施”。国家超算济南中心主任张云泉表示:“‘神威·太湖之光’和‘天河二号’最近一段时间没有大幅升级的计划,‘顶点’还将占据榜首一段时间。”

  尽管在运算速度上中国超级计算机这次落了下风,但衡量各国超算产业实力的又并非仅看单台超级计算机的速度——除了“巨人”自己个子大,还要家大业大。在此次公布的榜单中,还包括全球排名前500的超级计算机归属。其中,中国从去年11月份的202台增加到206台,美国则从144台下跌到124台。此外,在制造商方面,联想成为首个在榜单上排名第一的中国供应商,从惠普分拆出去的慧与科技排名第二,其后则是中国企业浪潮、美国企业Cray和中国企业中科曙光。

  不过,在超级计算机“大战”中,主角也并非仅有中美两国。超级计算机不仅仅要考虑算得快,还要考虑性价比,“巨人”要吃得少还能干活,商用化价值才更高。“每瓦电能算力”就是评价超算性价比的指标,Green500(绿色500)就是按照这个指标对超级计算机排名。在这个榜单上,采用ZettaScaler—2.2架构的日本超级计算机今年排名前三,但其在峰值速度榜单上甚至排不进前350名。

  由此可见,超级计算机之争不光是速度比拼,还要比谁更能形成产业,谁用得更好。

  超级计算机用在哪儿

  超级计算机不仅应用于高精尖的科学研究领域,还能用在普通人的生活中

  “基于‘神威·太湖之光’超级计算机对‘天宫一号’飞行器两舱简化外形陨落飞行绕流状态大规模并行模拟,在20天内就完成了常规需要12个月的计算任务,计算结果与风洞实验结果吻合较好。”国家计算流体力学实验室这一介绍似乎很符合人们对超级计算机应用的想象:算的都是高精尖。

  “事实上,超级计算机并不完全意味着高大上,它不仅能用在科学研究,也能用在普通人的生活中。”石家庄铁道大学复杂网络与可视化研究所副教授王威表示,“比如天气预报,要综合考虑多个变量来计算云团和气流运动的轨迹,推导它们未来的走向,这就需要超级计算机的‘超级大脑’。”日本气象厅也宣布,从今年6月份起,引入一台超级计算机,运算速度是现有气象计算机的10倍。这样,每天的风雨预报就可以从上午9点发布提前到早上6点,方便公众在上班上学前做好准备。

  如今,连小朋友看的动画片,也在使用超级计算机。据介绍,“天河二号”参与过上百部动画的渲染与特效制作,其中就包括人们熟悉的《熊出没》系列。“在动画制作中,从模型生成图像就是所谓的渲染,这是动画制作中非常耗时的部分。但是,利用超级计算机,工作效率能够得到极大的提升。”中国传媒大学高性能计算机研究中心副研究员高鹏东介绍说,“电影工业早已离不开超级计算机的帮助”。

  不过,云计算也以计算力强劲闻名。那么,为何这些项目还要选择超级计算机?聚道科技联合创始人王乐珩表示:“其实,云计算和超级计算机都是分布式集群架构,只是超级计算机会采用更先进的CPU和GPU,更多内存,内部各个节点的通讯速度也更快。这意味着,超级计算机更适合计算密集型作业,性能和时间往往比成本更重要。此外,一些节点之间需要大量交换数据的计算,也只能使用超级计算机。普通云计算性价比高,适合扫描过滤海量数据,比如各种互联网常见服务。”

  下一个“赛点”在何处

  E级超算被视为超级计算机你争我夺的下一个战略高地,其速度是目前超算能力的8倍

  7月19日晚,我国自主研发的首台神威E级超级计算机原型机运抵国家超算济南中心,开始正式组装调试。此前,在今年5月份举办的第二届世界智能大会上,中国国家超算天津中心则展示了新一代E级超级计算机“天河三号”原型机。

  E级超算被视为超级计算机你争我夺的下一个战略高地——“E级”意味着每秒能够达到百亿亿次的运算速度,相当于目前最快超级计算能力的8倍左右。

  张云泉介绍说,美国已经上马了两个E级超算项目,预计将在2021年发布;欧洲和日本的E级超算预计要到2022年以后发布。

  从中国的研发情况来看,目前我国同时启动了包括“天河三号”“神威”E级超算和中科曙光的E级超算3大E级超算原型系统研发,但从原型机到真正投入使用,需要3年左右的时间。

  不过,超级计算机算得再快,目的仍是为了要解决问题。也就是说,如何用好才是关键。“仅有超算技术的突破还不够,还要能对超算背后的诸多产业形成一个正面反馈,这还需要较长时间,需要扩大超算应用的‘朋友圈’,不断实现对产业的辐射和支撑。”清华大学地球系统科学系副教授付昊桓表示。

  国家超级计算无锡中心主任杨广文同样认为,目前有超算需求的企业和行业并不少,但却摸不到门,不知该如何应用。在他看来,降低用户的使用门槛是解决办法。国家超算无锡中心4月份发布了国内首个“超算云”,上面搭载了包括电磁仿真、新药研发、汽车设计、船舶设计、动漫渲染、深度学习等10个产业化平台,“让超算能够更加方便地直接为实际应用和产业服务。”据介绍,去年国家超算无锡中心用户数量超过300家,主机账号1500多个,支持包括紫金山天文台、远景能源集团、中船重工七〇二所在内的江苏省用户超过50家。(记者 陈静)

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