“坐地日行八萬里,巡天遙看一千河。”作為我國首臺千萬億次超級計算機,“天河一號”在問鼎世界超算之最后并沒有停下腳步,將產(chǎn)學(xué)研結(jié)合樹立為新方向,成為多個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的核心競爭力。

如今,依托“天河一號”班底,新一代國產(chǎn)百億億次超算“天河三號”的研制已經(jīng)啟航。

“無限風(fēng)光在險峰”

自主創(chuàng)新問鼎世界高峰

新春伊始,記者走進位于天津開發(fā)區(qū)泰達服務(wù)外包園內(nèi)的“天河一號”機房,140余個黑色的計算機柜整齊排列,發(fā)出低沉的“嗡嗡”運轉(zhuǎn)聲。就是在這看似普通的機房里,曾經(jīng)成就了中國超算首次問鼎世界超算桂冠的榮耀,凝聚著幾代“超算人”的心血與汗水。

國家超算天津中心主任劉光明說,作為世界上曾經(jīng)運算速度最快的超級計算機,“天河一號”最突出的特點在于其超強的運算能力,持續(xù)速度每秒2570萬億次浮點運算、峰值速度4700萬億次?！疤旌右惶枴边\算1小時,相當(dāng)于全國13億人同時計算340年以上。更難能可貴的是,它在諸多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了創(chuàng)新突破,叫響了“中國創(chuàng)造”的品牌。

“天河一號”在國內(nèi)首次創(chuàng)新性地采用了異構(gòu)體系架構(gòu)。劉光明介紹,在最近的世界超算TOP500榜單上,世界上最快的超算中有近半采用該技術(shù),這是中國科學(xué)家對世界超算技術(shù)的重要貢獻,引領(lǐng)了超算技術(shù)的潮流。

由中國自主研制的超算高速互聯(lián)通信系統(tǒng)也是其優(yōu)勢所在。劉光明介紹,“天河一號”內(nèi)數(shù)萬個CPU和GPU通過該系統(tǒng)實現(xiàn)信息交換,相當(dāng)于編織起了龐大、高效的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)的通信能力是當(dāng)時美國主流商業(yè)芯片的兩倍。

還有兩項創(chuàng)新分別來自硬件和軟件領(lǐng)域,即配備了自主研制的飛騰CPU芯片及麒麟操作系統(tǒng),兩項創(chuàng)新均出自國防科技大學(xué)。

國家超算天津中心應(yīng)用研發(fā)部部長孟祥飛說,“天河一號”上配置的部分飛騰CPU已經(jīng)證明了其性能,升級版飛騰CPU目前又運用到了“天河二號”中,助力其運算速度再次榮膺世界桂冠。麒麟操作系統(tǒng)是目前中國國產(chǎn)安全等級最高的操作系統(tǒng),其對其他軟件的包容性和易用性也已經(jīng)在“天河一號”上得到了證明。尤其是飛騰CPU數(shù)量約占全部CPU的七分之一,且經(jīng)過多年運行看性能良好。這為我國關(guān)鍵芯片的國產(chǎn)化之路奠定了堅實的基礎(chǔ)。

“待到山花爛漫時”

攻堅克難打造國之重器

超級計算機是世界高端信息技術(shù)領(lǐng)域的戰(zhàn)略制高點,也是體現(xiàn)科技競爭力和綜合國力的重要標志?！疤旌右惶枴钡某霈F(xiàn),打破了國外在高性能計算核心領(lǐng)域的技術(shù)封鎖和限制政策,為解決我國經(jīng)濟、國防、科技等領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性問題提供了重要手段。

“天河一號”系統(tǒng)在2010年第36屆世界超級計算機500強排行榜上名列榜首?！斑@一刻,中國人等了20多年!”回首往事,劉光明至今激動不已。

他說,2010年受邀參加在美國新奧爾良舉行的全球超級計算機500強排行榜正式公布和頒獎儀式時,有外國人曾對中國產(chǎn)的超級計算機摘取世界桂冠感到非常驚訝,而這一席位過去幾乎都被美國所占據(jù)。

讓劉光明更為揚眉吐氣的是,當(dāng)中國研制的“神威太湖之光”“天河二號”接踵登頂世界超算高峰時,國外科學(xué)界已經(jīng)習(xí)以為常。

深圳華大基因研究院曾代表我國參與“國際千人基因組計劃”。院長汪建說,不斷涌現(xiàn)的海量數(shù)據(jù)成為“基因組學(xué)”進一步發(fā)展的瓶頸,而高性能計算機為這一領(lǐng)域帶來了曙光。使用“天河一號”,過去要一年才能完成的500人基因信息關(guān)聯(lián)性分析,現(xiàn)在只需三個多小時,對于提升我國的綜合國力具有重要意義。

基于“天河一號”超級計算機的自主核心技術(shù)的國際影響,歐盟主動與天津超算中心開展了高性能計算技術(shù)的項目合作,共同研討未來超級計算機及應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展,為下一代超級計算技術(shù)研發(fā)提供指導(dǎo)。

劉光明指出,超算的核心技術(shù)是高端信息技術(shù)的制高點,它包括了CPU設(shè)計、超大規(guī)模集成電路設(shè)計、操作系統(tǒng)等,是一項牽牛鼻子的科研工作,可帶動高端信息技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用創(chuàng)新以及其他學(xué)科研究的全面快速和持續(xù)發(fā)展。

“風(fēng)物長宜放眼量”

廣泛應(yīng)用再譜超算新章

“天河一號”成為目前世界上獲得廣泛應(yīng)用的超級計算機。這一點,致力于應(yīng)用對接的天津濱海服務(wù)外包產(chǎn)業(yè)有限公司總經(jīng)理閻偉感觸最深。

閻偉喜歡將“天河一號”稱為“中國科技界的奧運冠軍”?！皬乃_始,中國的科技創(chuàng)新逐漸由追隨向引領(lǐng)轉(zhuǎn)變,在應(yīng)用上更是突破了人們對超算認識的局限。”國外超算應(yīng)用往往只針對某幾個領(lǐng)域,“天河一號”則覆蓋了高性能計算的各個領(lǐng)域,包括石油物探、基因測序、裝備制造等,力求在產(chǎn)學(xué)研結(jié)合中,讓國之重器成為服務(wù)于經(jīng)濟發(fā)展的國之利器。

去年入冬以來,全國大范圍、長時間的霧霾天氣成為社會關(guān)注焦點。在國家超算天津中心,研究人員們與中國氣象局等單位合作,正致力于利用“天河一號”開展霧霾天預(yù)警預(yù)報。孟祥飛說,只需2個多小時就能算出最長未來5天的預(yù)報數(shù)值,最高網(wǎng)格精度達2到3公里。

目前,“天河一號”已經(jīng)滿負荷運行,每天運行的計算任務(wù)超過1400個,每天有千余個科研團隊借助天河一號開展科研工作。經(jīng)過多年努力,“天河一號”實現(xiàn)了支撐國家重大科技項目與商業(yè)化應(yīng)用的有機結(jié)合,對外服務(wù)主要聚焦在了“算天、算地、算人”上:

——“算天”:計算分析大型飛機外形的空氣動力特性;研究全球氣候變化,實時預(yù)報氣象;對天體的演變進行建模和理論試驗。

——“算地”:研發(fā)我國自主的石油地震勘探數(shù)據(jù)分析核心軟件,將地下成像數(shù)據(jù)處理速度由過去的30天提高到16小時。

——“算人”:中心與華大基因合作,破解人類“基因組學(xué)”研究中面臨的海量數(shù)據(jù)存儲和處理的技術(shù)瓶頸;軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院、上海藥物所等用它開展糖尿病、癲癇等新型治療藥物的研發(fā)。

劉光明說,“十三五”期間,中心計劃研制中國新一代百億億次超級計算機。該中心同國防科技大學(xué)聯(lián)合開展的我國新一代百億億次超級計算機樣機研制工作已經(jīng)啟動,預(yù)計今年底至2018年初完成。根據(jù)規(guī)劃,它的浮點計算處理能力將達到10的18次方,是現(xiàn)在“天河一號”超算的200倍。(楊維成、李靖、毛振華)