超級計算機代表了最強計算力，它反映了一個國家科技綜合實力，被譽為國家科學發(fā)展的基石。經過20多年的發(fā)展，我國超級計算機技術已經位于世界前列。超級計算機究竟能做什么呢？
2018年7月5日，泰國當?shù)貢r間下午5點45分左右，在泰國南部普吉府，兩艘載有127名中國游客的游船在返航普吉島途中，突遇特大暴風雨，分別在珊瑚島和梅通島發(fā)生傾覆。
中國游客共75人獲救，47人不幸遇難，事故發(fā)生后第三天，一份詳細的出事海域搜救海況信息，從國家海洋局第一研究所發(fā)送到泰國前方救援指揮部手中，為前方救援部署提供了準確可靠的科學依據(jù)。
△國家海洋局第一海洋研究所副所長喬光利
從7月7日起，國家海洋局第一研究所每天早上8點前，都會將一份詳盡的搜救信息準時發(fā)送到泰方搜救指揮部，在信息的指引下搜救隊找到了一個又一個失聯(lián)人員。
之所以國家海洋局第一研究所，有能力第一時間提供給泰方精準的海況數(shù)據(jù)，得益于自主原創(chuàng)建立的“浪潮流耦合模式”，該模式把海浪、潮浪、環(huán)流等原來習慣于單獨研究的數(shù)據(jù)全部整合起來一并研究，預報精度才得以大幅提升。這種新模式已經被歐美數(shù)個海洋科技發(fā)達國家所采用，但耦合起來產生的數(shù)據(jù)量是驚人的，想采用耦合研究模式的前提是必須擁有強大的超級計算機。
△“天河二號”超級計算機
大小超算系統(tǒng)的結合使用成為了海洋一所科研應用的新常態(tài)，已經成為了海洋一所科研不可或缺的利器。在試驗室中利用水槽來人工造浪，來精確模擬和控制海浪的大小，將獲得的數(shù)據(jù)找到規(guī)律，用于海浪模式的驗證和演算。
“神威·太湖之光”超級計算機連續(xù)四年問鼎全球榜首
從沉船事故的緊急救援，到風電場選址建設，超級計算機立下了汗馬功勞。超級計算機到底長什么樣？為什么會有如此強大的運算能力呢？
2016年6月，由中國國家并行計算機工程技術研究中心研制的，世界首臺峰值運算性能超過每秒十億億次的超級計算機——“神威·太湖之光”就誕生在國家超級計算無錫中心。在過去的兩年里它連續(xù)4次問鼎了全球超級計算機榜首。
△國家超級計算無錫中心
國家超級計算無錫中心主任 楊廣文：超級計算機實際上就是把眾多處理器通過網絡連起來，然后去解決問題。
“神威·太湖之光”擁有40個運算機艙，每個機艙里面有1024個核處理器，整套機器中核處理器多達40960個。
我國自主研發(fā)的申威26010核處理器就是太湖之光超級計算機的CPU，雖然只有5平方厘米，但里面卻擁有數(shù)十億個晶體管，集成了260個核運算中心，就是人們通常所說的擁有260核。運算速度達到每秒3萬億次，相當于我們40臺普通家用電腦連接起來每秒運算的總和。而它的運算能力可以達到每秒12.5億億次，相當于全球72億人要用電腦不間斷地計算32年。
楊廣文介紹說，“神威·太湖之光”采用直流供電、全機水冷等關鍵技術，有效解決了超高速運行芯片散熱問題，并建立從處理器、部件、系統(tǒng)到軟件與應用的全方位低功耗設計與控制體系，有效實現(xiàn)系統(tǒng)高效節(jié)能。
△“神威·太湖之光”采用直流供電技術
國家超級計算無錫中心主任 楊廣文：自主研發(fā)的管理和控制系統(tǒng)，包括容錯和節(jié)點性休眠，它長時間不干活就讓它休息。
“神威·太湖之光”超級計算機憑借優(yōu)異的性能，自2016年6月發(fā)布以來，在全球超級計算機中取得了峰值性能、持續(xù)性能、性能功耗比三項世界第一，并連續(xù)四次榮獲世界超級計算機TOP500榜單第一。
《紐約時報》網站刊文表示，中國將開發(fā)出可以令中國超級計算機更全面、兼容性更好的芯片。
英國廣播公司報道稱，排名的逆轉反映了中國在研發(fā)方面的投入增加。最近的一項研究顯示，中國現(xiàn)在占全球超級計算機研發(fā)總支出的20％左右。
我國在超算領域長達20多年不斷持續(xù)地投入，使我國超算自主創(chuàng)新能力不斷提升，2012年運算速度超越美國位列世界第一，直到6年后，2018年6月美國IBM公司對外宣布，“頂點”超級計算機運算速度達到了每秒20億億次，超過“太湖之光”每秒12.5億億次一舉奪得世界超級計算機頭名的寶座，也是自2012后，美國首次在該領域領先中國。
楊廣文告訴記者，我國“超算”確實是走過了一條超常規(guī)發(fā)展之路。按照國際常規(guī)，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。而伴隨這個發(fā)展過程，國外對超算核心部件“禁運”的陰云，始終籠罩著中國超算人，掌握自主可控的核心技術成為了幾代超算人的夢想，“中國芯”、“申威26010”成了我國自主研發(fā)打破30年技術封鎖的一柄利器。
2016、2017連續(xù)兩年，“神威?太湖之光”系統(tǒng)開發(fā)全機應用入圍“戈登?貝爾”獎提名。“戈登?貝爾”獎，是世界工程界三大最高獎項之一，被譽為“超級計算領域的諾貝爾獎”，由美國計算機協(xié)會與美國電氣電子工程師協(xié)會聯(lián)合頒發(fā)，每年頒發(fā)給當年在高性能計算應用領域最杰出的研究團隊。“戈登?貝爾”獎設立近30年來，幾乎全被美國和日本壟斷，之前中國團隊從未入圍。
2016年度戈登貝爾獎的謎底，在美國鹽湖城舉行的國際超算大會上揭曉，中科院軟件所楊超研究員，與清華大學副教授薛巍、付昊桓等人，聯(lián)合北師大組成的研究團隊，憑借在神威太湖之光上運行的“全球大氣非靜力云分辨模擬應用”，一舉奪得該項錦標，實現(xiàn)了我國高性能計算應用成果在該獎項上零的突破。
由于國外超算研發(fā)時間早，應用平臺成熟，在應用領域積累了豐富經驗，而我國“超算”發(fā)展起步晚，對于超算系統(tǒng)的應用，要完全通過專業(yè)人員，使用計算機專用語言來調用超算運行，專業(yè)程度非常高，無形中提高了使用門檻。以往更多地是面向科研機構、高校在使用，許多有超算需求的中小型企業(yè)只能望而興嘆。
2018年7月5日，國家超級計算無錫中心研發(fā)的“太湖之光”云平臺系統(tǒng)正式上線，可以大大降低使用“太湖之光”超級計算機的門檻，中小企業(yè)完全能夠輕松地使用“太湖之光”。
國家超算無錫中心云平臺環(huán)境部主管 趙建喬：我們做這個目的主要是在其中找一個平衡點，讓懂計算機的人他們不需要關心應用的流程到底是什么樣的，懂應用的人不需要關心在太湖之光上面到底是怎么算的，只要把他的要求提出來，我們給他把輸出的結果算出來就可以了。
為了解決國產超算系統(tǒng)應用軟件少、使用成本高這些掣肘超算應用的瓶頸問題。將原有軟件進行轉碼開發(fā)的同時，又搭建了“太湖之光”超算云社區(qū)，將應用平臺開放來調動更多客戶資源共同開發(fā)軟件，互惠互利促進超算軟件應用發(fā)展。
△“神威太湖之光”高性能計算機通用云桌面系統(tǒng)正式上線運行
不僅如此“太湖之光”超算小型機，也已經研發(fā)成功，未來“太湖之光”可以根據(jù)企業(yè)機構不同使用需求來個性化定制屬于自己的超級計算機。
與此同時，超算界的下一頂“皇冠”百億億次的“E級超算”爭奪戰(zhàn)也已經打響，在百億億級領域我國的實力不容小覷。就在美國“頂點”超級計算機研制出不久，國家超算天津中心對外展示了我國新一代百億億次超級計算機“天河三號”原型機，今年7月初“太湖之光”百億億級原型機也已經組裝完成。
作為我國“十三五”高性能計算機課題組專家成員，楊廣文介紹按照我國“十三五”重大科技專項計劃，再過2到3年后，我國將完成百億億次超級計算的研制。此次“百億億級”產品研發(fā)的設計理念將進行重大調整，從原先單一的速度發(fā)展，向速度和應用并跑發(fā)展的重大改變。
半小時觀察：科技，既要重研發(fā) 也要重推廣
超級計算機的研制能力是衡量一個國家科技水平的重要標志，這樣的高科技絕對是高大上，但高大上并不意味著不食人間煙火，科技成果如果只是掛在墻上、鎖在柜中就失去了應有的價值。對科技，我們既要重研發(fā)，也要重推廣。眼下，超算在國內各行各業(yè)得到了廣泛、良好的應用，我們希望有更多的科技成果能夠像超算這樣，為經濟發(fā)展、社會生活提供服務。
關鍵詞：
計算機
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