超級計算正越來越成為一個國家科技創(chuàng)新核心競爭力的重要方面，是推動國家安全與創(chuàng)新發(fā)展的強(qiáng)力引擎，為解決國家安全、技術(shù)創(chuàng)新、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步等一系列重大挑戰(zhàn)性問題提供了不可替代的作用。
經(jīng)過近三十年的艱苦努力，我國超級計算機(jī)的研制水平和性能已經(jīng)居于全球領(lǐng)先水平，“天河二號”“神威·太湖之光”多次榮膺全球超算速度之冠，中國稱霸全球TOP500排行榜冠軍達(dá)創(chuàng)紀(jì)錄的五年之久。不過，2018年6月美國在五年之后重新奪回了世界第一的寶座。中美兩國進(jìn)入交替領(lǐng)跑世界超算的局面。
軟件跟不上發(fā)展
但在超算應(yīng)用水平方面，雖然2016年和2017年，基于神威·太湖之光的超算應(yīng)用“千萬核可擴(kuò)展大氣動力學(xué)全隱式模擬器”和“非線性地震模擬”蟬聯(lián)“戈登貝爾獎”，可實際上我國超算應(yīng)用發(fā)展還遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于超算研制能力的發(fā)展。
其一，超算應(yīng)用軟件的可擴(kuò)展性偏低?？萍疾客ㄟ^一系列重點研發(fā)計劃，在重點應(yīng)用領(lǐng)域部署了一系列課題，進(jìn)行幾十萬核乃至百萬核并行算法與軟件研制的重點突破，但目前日常運(yùn)行的大部分超算作業(yè)，其并行規(guī)模仍停留在幾千或幾萬個處理器甚至更低的量級，沒有充分發(fā)揮出億億次超級計算機(jī)上并行的能力。我國應(yīng)用軟件仍處于初級階段，應(yīng)用領(lǐng)域與軟件研發(fā)存在脫軌現(xiàn)象。
其二，受制于國外壟斷，國產(chǎn)商業(yè)應(yīng)用軟件發(fā)展滯后，市場占有率幾乎是空白。在超算應(yīng)用比較多的制造業(yè)和基礎(chǔ)科研等關(guān)鍵領(lǐng)域，大部分商業(yè)應(yīng)用軟件都被國外壟斷。我國不僅支出巨額軟件采購費用，軟件升級還受制于外方。我國超級計算機(jī)特別是國產(chǎn)超級計算機(jī)上運(yùn)行的大規(guī)模并行軟件幾乎都是科研用軟件，不具備大規(guī)模商業(yè)推廣的能力。
其三，我國超級計算機(jī)的研制模式一直以來都是政府科技部門主導(dǎo)，地方政府參與，企業(yè)承擔(dān)研制任務(wù)，國家超級計算中心負(fù)責(zé)運(yùn)維和推廣。雖然在過去二十多年里，我國超算的研制和發(fā)展在這一模式的指導(dǎo)下，取得了舉世矚目的輝煌成就，但為了取得TOP500世界冠軍而忽視實際需求，研制遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實際需求的機(jī)器的做法也越來越值得我們反思。
思想和人才的制約
我國超算應(yīng)用發(fā)展滯后的原因主要有以下四點：首先，在建設(shè)思路上，采取了超算系統(tǒng)性能優(yōu)先發(fā)展再拉動超算應(yīng)用發(fā)展的策略。歐美日等國家一般根據(jù)各領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用需求，針對性地研制能滿足實際應(yīng)用需求的超算系統(tǒng)，能夠避免對機(jī)器的浪費。而從實踐來看，我國的超算發(fā)展偏重于先發(fā)展超算計算能力，往往會導(dǎo)致超算系統(tǒng)的初期應(yīng)用效率偏低的情況出現(xiàn)，需要一定時間的過渡期才能將機(jī)器用起來。
其次，“重硬輕軟”的思想導(dǎo)致經(jīng)費投入比例嚴(yán)重失調(diào)。美國能源部建議的對超算軟硬件的投入比例約為1：1。據(jù)有關(guān)專家介紹，我國超算系統(tǒng)的軟件經(jīng)費投入，在項目申報時已經(jīng)能占20%至30%，比過去的不到10%已經(jīng)有了明顯的改善，但是離1：1的比例還有很大差距。
再次，研發(fā)力量分散。我國超算應(yīng)用軟件的研發(fā)人員大部分分散在一些小的實驗室、研究所，或者依附在以硬件研發(fā)為主的國家重點實驗室，僅在核物理、石油、氣象、地球物理等個別領(lǐng)域建有專門的國家重點實驗室，但是未形成合力。
最后，超算軟件人才嚴(yán)重匱乏。當(dāng)前高校相關(guān)人才培養(yǎng)體系、培養(yǎng)計劃和課程設(shè)置落后于超算應(yīng)用領(lǐng)域的人才需求。同時，科研評價體系難以對超算應(yīng)用軟件研發(fā)做出客觀評價，加上科研經(jīng)費管理不利于體現(xiàn)軟硬件研究成果的不同價值，軟件研發(fā)人員待遇偏低但市場需求旺盛且待遇有明顯優(yōu)勢，導(dǎo)致應(yīng)用軟件研發(fā)人才頻繁“跳槽”，人才流失嚴(yán)重。
多方努力補(bǔ)齊短板
為了解決現(xiàn)存問題，筆者建議：一是抓住歷史機(jī)遇，將我國超算的發(fā)展模式從超算機(jī)器性能拉動，向應(yīng)用需求拉動轉(zhuǎn)變。隨著我國超算應(yīng)用軟件研制和應(yīng)用水平的不斷提升，二者的差距越來越小，為我國轉(zhuǎn)變發(fā)展模式提供了良好的歷史機(jī)遇。我們應(yīng)抓住這一機(jī)遇，探索出一條健康的超級計算系統(tǒng)發(fā)展道路。
二是成立若干國家級超算行業(yè)應(yīng)用軟件國家工程實驗室。制定我國超級計算機(jī)應(yīng)用中長期研究規(guī)劃和路線圖;當(dāng)前應(yīng)著力開展艾級(百億億次)應(yīng)用相關(guān)的基礎(chǔ)問題和關(guān)鍵共性技術(shù)研究。此外，中心應(yīng)以重大專項為牽引，集中多學(xué)科人才和資源，穩(wěn)定研發(fā)方向和人才隊伍。
三是轉(zhuǎn)變“重硬輕軟”思維，持續(xù)穩(wěn)定支持超算應(yīng)用軟件研發(fā)。根據(jù)超算軟件人才隊伍的實際發(fā)展情況和研發(fā)能力，適時調(diào)整財政支出結(jié)構(gòu)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)全國超算研制計劃和經(jīng)費安排，軟硬件經(jīng)費投入比盡量做到30%以上，遠(yuǎn)期目標(biāo)希望做到1:1。
四是鼓勵國家超算中心聯(lián)合應(yīng)用部門組建行業(yè)應(yīng)用聯(lián)合實驗室。實驗室由行業(yè)應(yīng)用方的學(xué)科帶頭人領(lǐng)導(dǎo)，國家超算中心提供高性能運(yùn)算支持并指導(dǎo)或協(xié)助進(jìn)行程序移植，自主研發(fā)大型并行應(yīng)用軟件，并通過應(yīng)用在用戶中培養(yǎng)人才。
五是重視計算科學(xué)學(xué)科建設(shè)和人才激勵機(jī)制。推廣“超算理論＋多學(xué)科應(yīng)用”課程，促進(jìn)多學(xué)科交叉融合。對高水平超算應(yīng)用軟件科研人員實行兼職兼薪、協(xié)議薪酬等模式;采取內(nèi)外部結(jié)合的評價機(jī)制，給予超算軟件研發(fā)人員公平公正的評價和職務(wù)晉升通道。
六是加強(qiáng)人才隊伍的建設(shè)，為超級計算的發(fā)展提供源源不斷的人才供應(yīng)。在全國院校推進(jìn)超級計算相關(guān)學(xué)科和課程的體系建設(shè)，結(jié)合并行應(yīng)用挑戰(zhàn)賽等形式，為超級計算應(yīng)用領(lǐng)域培養(yǎng)更多更好的人才隊伍。
隨著云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈和邊緣計算等新一輪高新技術(shù)的快速推廣和普及，以超級計算為核心的算力經(jīng)濟(jì)學(xué)越來越成為衡量一個地方數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度的代表性指標(biāo)。搭建超算和云計算平臺，出臺超算扶植政策，培養(yǎng)超算人才和隊伍，將超級計算與大數(shù)據(jù)和人工智能等進(jìn)行深度融合創(chuàng)新，將成為進(jìn)行新舊動能轉(zhuǎn)換的主要手段。
(作者張云泉 系中科院計算所研究員、國家超算濟(jì)南中心主任)
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