國產世界最快超級計算機開機1分鐘 地球人算32年

16日，一名研發工程師展示“申威26010”眾核處理器。

昨日，國家超級計算無錫中心，“神威·太湖之光”超級計算機露出真容。本版攝影/新華社記者 李響 攝

6月20日，德國法蘭克福國際超算大會（ISC）公布了新一期全球超級計算機TOP500榜單，由國家并行計算機工程技術研究中心研制的“神威·太湖之光”以超第二名近三倍的運算速度奪得第一。更令人振奮的是，該套系統實現了包括處理器在內的所有核心部件全國產化。

基于全球最快超級計算機“神威·太湖之光”系統的三項全機應用入圍國際高性能計算應用領域最高獎——戈登貝爾獎。該獎設立30年以來，中國團隊從未入圍。此次，基于“神威·太湖之光”系統研發的三個課題入圍該獎項，占入圍總數一半。

世界運算最快是種啥感受？運算一分鐘相當于地球人算32年。

“相當于200多萬臺普通電腦”

“簡單來說，這套系統1分鐘的計算能力，相當于全球72億人同時用計算器不間斷計算32年；如果用2016年生產的主流筆記本電腦或個人臺式機作參照，‘太湖之光’相當于200多萬臺普通電腦。”國家超級計算無錫中心主任楊廣文介紹。

走進國家超級計算無錫中心，1000平方米的房間內，記者看到了“神威·太湖之光”的“真身”：

由40個運算機柜和8個網絡機柜組成。每個運算機柜比家用的雙門冰箱略大，打開柜門，4塊由32塊運算插件組成的超節點分布其中。每個插件由4個運算節點板組成，一個運算節點板又含2塊“申威26010”高性能處理器。一臺機柜就有1024塊處理器，整臺“神威·太湖之光”共有40960塊處理器。

“每一塊處理器相當于20多臺常用筆記本電腦的計算能力，4萬多塊再組裝到一起，速度之快可想而知。”楊廣文說。

“中國心”打破30年技術封鎖

30年前，中國的超級計算機用戶有一個神秘的“玻璃房”：美國人把一臺超級計算機賣給中國，用不透明的玻璃包裹得嚴嚴實實，中國技術人員沒有授權不得入內。

正是這種封鎖帶來的激勵，讓我國下大力氣研發全國產化的“神威”系列超級計算機，直至此次登頂國際榜單。只有5厘米見方的薄塊“申威26010”不僅成為“神威·太湖之光”的心臟，也成為我國自主研發打破30年技術封鎖的一柄利器。25平方厘米的方寸之間，集成了260個運算核心，數十億晶體管，達到了每秒3萬多億次計算能力。單芯片計算能力相當于3臺2000年全球排名第一的超級計算機。

楊廣文表示，不可否認，“神威·太湖之光”的成功，標志著我國超級計算機研制能力已位居世界領先水平，但在技術儲備、系統穩定性方面與發達國家仍有明顯差距。

國家并行計算中心的相關科研人員表示，需要解決的技術關鍵環節非常多，以能耗為例，“神威·太湖之光”一年的用電量達到15兆瓦，相當于3個清華大學的用電量。以現有技術即使能夠實現百億億次，能源消耗將十分驚人。

更為關鍵的是，無論速度有多快，發展超算始終是為了“致用”，而這仍然是當前我國超算發展的短板。

中科院計算機網絡信息中心研究員張鑒表示，我國利用超算系統解決問題的能力長期不足，相關商業應用軟件仍為國外壟斷，在軟件研制、應用開發和人才培養方面還有待進一步提高。

■ 揭秘

三項入圍戈登貝爾獎的應用分別為中科院軟件所與清華大學、北師大合作的“全球大氣非靜力云分辨模擬”；國家海洋局海洋一所與清華大學合作的“高分辨率海浪數值模擬”；中科院網絡中心的“鈦合金微 (微博)結構演化相場模擬”。有效使用超級計算機，算天、算地、算人，還能算命。

1 算天：風中哪朵雨做的云？

氣象臺的天氣預報準度一直在提升，這背后其實都是超級計算機的功勞。

北京師范大學全球變化與地球系統科學研究院王蘭寧教授，是中科院軟件所與清華大學、北師大合作的“全球大氣非靜力云分辨模擬”團隊成員之一。他從上世紀90年代從事氣象預報員，到后來轉型成為大氣分析專家，預報天氣的準頭不斷提升。

“下不下雨關鍵看云層運動，在沒有超算之前，觀測云層的精度是按照經緯度。有了超算之后，就可對云層運動進行精確模擬與觀測。”王蘭寧說。

為了提高觀測精度，他十幾年來追逐著超算發展的腳步。2011年，他在天津的“天河一號”上實現了觀測精度10萬公里的目標；隨后，他又在“神威·藍光”實現了1萬公里精度；今年，他在“神威·太湖之光”上實現了9公里精度。如今，他又在向著3公里精度努力。

“如果能夠盯著每一朵云，天氣預報就將萬無一失。”王蘭寧說，當然，這還需要更強的超算能力支撐。

2 算地：找飛機，抓偷排

尋找MH370，是世界科技角力的戰場。一個必經的環節是數據處理，擔當這一環節的角色即是超級計算機。“只要有足夠精確的相關數據，超算就能找到失事飛機。”清華大學地球系統科學研究中心副教授黃小猛說。

除了找飛機，還有更多接地氣的事情倚仗超級計算機來解決。

中科院深圳先進技術研究院正在國家超算無錫中心進行的一項課題，就是深圳市污染物擴散的模擬。通過超算模擬，可以根據目前污染物的情況，計算出未來一段時間的大氣污染物濃度和分布，進行空氣質量預報。從預報結果還可以計算出哪些污染源“貢獻”最大，了解污染的來龍去脈，為污染防控提供決策指導。

“現在已經可以實現倒推排查究竟是哪個排放點導致了某次大氣污染，未來將能夠實現每個小區、每個居民點空氣質量的準確預報。”中科院深圳先進技術研究院副研究員陳榮亮說。

3 算人：判定腦梗塞風險

模擬血流、模擬心臟、模擬人體任何一個部分，有了超級計算機，這些都不再是夢想。

近期，美國科學家利用世界前十的超級計算機，選取一名真人掃描其血管系統，通過3D建模技術建立動脈系統模型，成功地再現了整個人體的動脈系統。任何直徑或寬度在1毫米以上的動脈血管都會出現在模型中，而且模型的分辨率達到了9微米。

只要運算核夠多、速度夠快，醫療工作者的診斷和治療水平將大大提升。

陳榮亮近日也在利用“神威·太湖之光”對人體血流進行模擬與分析，例如可以及時有效地判定一個病人是否會發生腦梗塞的風險。

“過去，對一個可能發生腦梗塞病人，醫院難以判斷是否要進行支架手術，一般都會通過從大腿動脈處放進測壓導絲進行測量，這種方式既危險又痛苦。如今，經過模擬計算，只要血流儲備分數如果小于0.8，就要做手術。”陳榮亮說。

4 “算命”：找出你個性偏好

超級計算機，在我們認識自己方面也能派上用場。

該功能的正式名稱叫“個性特征服務”。美國的IBM超級計算機“沃森”近期宣布，通過對每個人2300條最新社交網絡推文的解讀，應用語言學分析方法歸納總結你的社交特性，然后將你與其他幾十萬甚至數百萬用戶進行比較，從而勾勒出你與眾不同的個性。

“沃森”的分析程序如果由“神威·太湖之光”來做，是不是會更加準確？

“理論上是可以實現的，畢竟我國的超算已經達到了足夠的分析能力。”長期從事超算應用的中科院計算機網絡信息中心研究人員周純葆說。只要科學家們的“腦洞”夠大夠好玩，設計禮服、設計創意食譜、設計任何你想得到或者想不到的玩意，超級計算機都有機會搶生意。

本版稿件/綜合新華社電