在天津?yàn)I海新區(qū)舉行的“紀(jì)念中國(guó)超級(jí)計(jì)算事業(yè)發(fā)展四十年暨國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心成立十周年”活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)展示的“天河三號(hào)”原型機(jī)上部分自主創(chuàng)新配件。 記者 毛振華 攝

編者按

作為國(guó)家重大科研基礎(chǔ)設(shè)施，超級(jí)計(jì)算機(jī)是真正意義上的“大國(guó)重器”。當(dāng)前，我國(guó)超算事業(yè)已走過(guò)了40余年的發(fā)展歷程，不但實(shí)現(xiàn)了自主創(chuàng)新的諸多“第一”突破，而且接連幾代超算還登上了世界速度巔峰。隨著根基逐漸打牢，我國(guó)超算事業(yè)上接天氣、下接地氣，加快服務(wù)于產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，正在構(gòu)建起產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心支撐力。

從“銀河”的歷史性突破，到“天河”“神威”等一系列超級(jí)計(jì)算機(jī)向世界展現(xiàn)“中國(guó)速度”，過(guò)去40年，依托國(guó)家級(jí)超算中心建設(shè)，在國(guó)家和地方的協(xié)同支持下，中國(guó)超算事業(yè)發(fā)展進(jìn)入了快車道，支撐著諸多產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)發(fā)展突破。

超算中心星羅棋布

前不久，中科曙光、天津海光、成都海光集成電路、成都海光微電子技術(shù)和無(wú)錫江南計(jì)算技術(shù)研究所5家機(jī)構(gòu)被美國(guó)商務(wù)部列入所謂“實(shí)體清單”。中科曙光與江南計(jì)算技術(shù)研究所正是兩家E級(jí)超算原型機(jī)的研制方。

我國(guó)超算事業(yè)尤其是E級(jí)超算研發(fā)是否會(huì)就此停滯?這是外界最為關(guān)心的話題。相關(guān)專家向記者透露，一方面，我國(guó)超算事業(yè)正在形成整體發(fā)展優(yōu)勢(shì)，不會(huì)因?yàn)閭€(gè)別企業(yè)被封鎖就陷入困境;另一方面，加快自主創(chuàng)新早已成為超算業(yè)界發(fā)展的共識(shí)，獨(dú)立研制E級(jí)超算已經(jīng)在進(jìn)行中。

回顧這些年發(fā)展歷程，我國(guó)超算事業(yè)從無(wú)到有，當(dāng)前更進(jìn)一步向著超算大國(guó)、強(qiáng)國(guó)不斷邁進(jìn)。截至目前，我國(guó)先后在天津、長(zhǎng)沙、廣州等地建成6家國(guó)家級(jí)超算中心，為創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展提供了新動(dòng)能。

早在2009年5月，科技部批準(zhǔn)成立國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心，隨后又批準(zhǔn)成立了深圳、濟(jì)南、長(zhǎng)沙、廣州、無(wú)錫國(guó)家級(jí)超算中心。“天河一號(hào)”“神威藍(lán)光”“曙光星云”“天河二號(hào)”“神威·太湖之光”等一批超級(jí)計(jì)算機(jī)在這些國(guó)家級(jí)超算中心完成部署和應(yīng)用，開創(chuàng)了中國(guó)自主超級(jí)計(jì)算技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化的跨越式發(fā)展新歷程。

位于天津開發(fā)區(qū)的國(guó)家超算天津中心成立最早，這里部署著我國(guó)首臺(tái)千萬(wàn)億次超算“天河一號(hào)”。天津?yàn)I海新區(qū)區(qū)委書記張玉卓表示，自2008年濱海新區(qū)與國(guó)防科技大學(xué)簽署全面科技合作協(xié)議以來(lái)，雙方走出了一條軍民融合發(fā)展創(chuàng)新之路，“‘天河一號(hào)’不但廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)、科技等諸多領(lǐng)域，而且為科技創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了有力支撐。”

國(guó)防科大副校長(zhǎng)黎湘說(shuō)，圍繞超級(jí)計(jì)算技術(shù)創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化，天津逐步建立起從高性能芯片、自主操作系統(tǒng)、高性能服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)等較為完善的自主信息產(chǎn)業(yè)，成為高端信息技術(shù)創(chuàng)新、轉(zhuǎn)化和引領(lǐng)的示范基地。

從“銀河”的歷史性突破，到“天河”“神威”等一系列超級(jí)計(jì)算機(jī)在世界范圍內(nèi)叫響“中國(guó)速度”的品牌，過(guò)去40年是中國(guó)超算事業(yè)不斷突破的40年。在實(shí)踐中，依托國(guó)家級(jí)超算中心建設(shè)，在國(guó)家和地方的協(xié)同支持下，中國(guó)超算事業(yè)發(fā)展進(jìn)入了快車道。

“超級(jí)計(jì)算機(jī)已成為體現(xiàn)國(guó)家創(chuàng)新能力的國(guó)之利器。”科技部高新司副司長(zhǎng)梅建平表示，我國(guó)將研究建設(shè)完善國(guó)家超算基礎(chǔ)設(shè)施，從全國(guó)一盤棋來(lái)設(shè)計(jì)和整體布局，支持在重點(diǎn)區(qū)域建設(shè)國(guó)家級(jí)超算中心，“希望這些超算中心連接起來(lái)，成為真正的國(guó)家超算網(wǎng)絡(luò)，形成全國(guó)超算資源共享的新格局。”

應(yīng)用為先支撐創(chuàng)新

與歐美超級(jí)計(jì)算機(jī)大都安置在重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，主要服務(wù)于學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)及高校不同，我國(guó)超算“開門”搞科研，注重加快技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用創(chuàng)新的深度融合，攻關(guān)重大應(yīng)用領(lǐng)域，鍛造產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可或缺的“國(guó)之利器”。

安置在國(guó)家超算天津中心的“天河一號(hào)”是應(yīng)用的典范。該中心主任劉光明介紹，“天河一號(hào)”不但支撐著諸多產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)發(fā)展突破，而且構(gòu)建起了它們的核心支撐力。

走進(jìn)“天河一號(hào)”機(jī)房可以看到，140個(gè)黑色機(jī)柜分多列排開，指示燈有規(guī)律地閃爍。國(guó)家超算天津中心應(yīng)用研發(fā)部部長(zhǎng)孟祥飛介紹說(shuō)，“天河一號(hào)”如今實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行，每天并發(fā)在線計(jì)算任務(wù)數(shù)超過(guò)1400項(xiàng)，做到了真正的“中看又中用”。

“天河一號(hào)”已應(yīng)用10年，是世界上連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)。它在“算天”“算地”“算人”上持續(xù)服務(wù)于航空航天、氣象預(yù)報(bào)、宇宙演化模擬、抗震分析等科研創(chuàng)新。每天服務(wù)8000多個(gè)科研計(jì)算任務(wù)，累計(jì)支持國(guó)家科技重大專項(xiàng)和研發(fā)計(jì)劃等超過(guò)1600項(xiàng)，為石油資源開發(fā)、裝備制造、生物醫(yī)藥等行業(yè)企業(yè)累計(jì)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益近百億元。

在高端裝備領(lǐng)域，支撐海洋裝備、無(wú)人機(jī)等進(jìn)行數(shù)值模擬;在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，支撐艾滋病、胰島素等自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)新藥的研發(fā)并獲得重大突破;在新材料研發(fā)領(lǐng)域，支持200多個(gè)從事納米、儲(chǔ)能、超導(dǎo)等新材料的科研團(tuán)隊(duì)開展計(jì)算模擬研究。

中石油東方物探研發(fā)中心高級(jí)工程師陳繼紅說(shuō)，基于“天河”平臺(tái)，以自主高性能勘探數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)為支撐，有力推動(dòng)物探開展，保障了國(guó)家能源安全。

黎湘表示，社會(huì)在不斷進(jìn)步的同時(shí)，仍然面臨許多重大挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)包括能源、全球氣候變化、海洋環(huán)境、疾病治療等，“解決這些挑戰(zhàn)，我們需要超級(jí)計(jì)算機(jī)。”梅建平也認(rèn)為，以國(guó)家超算天津中心為代表的國(guó)家級(jí)超算中心、超級(jí)計(jì)算的研制單位和應(yīng)用單位，推動(dòng)中國(guó)科技創(chuàng)新的整體發(fā)展。超算正日益成為驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新，尤其是大型企業(yè)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的關(guān)鍵力量。

星辰大海再赴征程

近年來(lái)，E級(jí)超算成為各國(guó)在超算領(lǐng)域追逐的新目標(biāo)。美國(guó)能源部已委托英特爾和克雷公司，共同建造美國(guó)首臺(tái)E級(jí)超算，交付時(shí)間在2021年左右;歐盟預(yù)計(jì)于2022年到2023年交付首臺(tái)E級(jí)超算;日本發(fā)展E級(jí)超算的“旗艦2020計(jì)劃”由日本理化所主導(dǎo)，完成時(shí)間設(shè)定在2020年。

“它將是現(xiàn)有超算性能上的一次巨大飛躍。”孟祥飛說(shuō)，E級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)有望在氣候科學(xué)、可再生能源、基因組學(xué)、天體物理學(xué)以及人工智能等領(lǐng)域“大顯身手”，協(xié)助解決目前無(wú)法解決的難題，被公認(rèn)為“超算界的下一頂皇冠”。

也正因?yàn)榇?，一旦率先研發(fā)出E級(jí)超算，不但將摘取世界超算桂冠，而且作為一項(xiàng)科研領(lǐng)域重大基礎(chǔ)設(shè)施，將對(duì)諸多尖端領(lǐng)域產(chǎn)生重大且深遠(yuǎn)的影響。

我國(guó)在E級(jí)超算領(lǐng)域早已起航。2018年7月，自主研發(fā)的“天河三號(hào)”E級(jí)原型機(jī)在國(guó)家超算天津中心完成研制部署并通過(guò)驗(yàn)收。劉光明預(yù)計(jì)，整機(jī)在2021年左右完成研制，屆時(shí)運(yùn)算能力將比“天河一號(hào)”提高200倍以上，實(shí)現(xiàn)跨越式提升。

在“天河三號(hào)”E級(jí)原型機(jī)系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施中，科研團(tuán)隊(duì)專門自主設(shè)計(jì)了三款芯片：“邁創(chuàng)”眾核處理器(Matrix-2000+)、高速互連控制器、互連接口控制器;自主設(shè)計(jì)了四類計(jì)算、存儲(chǔ)和服務(wù)結(jié)點(diǎn)，十余種印制電路板，核心關(guān)鍵技術(shù)上實(shí)現(xiàn)整體自主可控。

原型機(jī)系統(tǒng)研制成功后，該中心隨即啟動(dòng)了大規(guī)模的計(jì)算應(yīng)用測(cè)試，用數(shù)據(jù)說(shuō)話。孟祥飛說(shuō)，測(cè)試涉及國(guó)家12個(gè)重大創(chuàng)新專項(xiàng)領(lǐng)域、數(shù)十個(gè)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃。在不到一個(gè)月的時(shí)間里，多個(gè)中科院旗下院所以及中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心、北京臨近空間飛行器系統(tǒng)工程研究所、清華大學(xué)等30余家合作單位輪番上陣，馬不停蹄利用原型機(jī)開展一系列大規(guī)模并行應(yīng)用測(cè)試，涉及大飛機(jī)、航天器、新型發(fā)動(dòng)機(jī)、新型反應(yīng)堆、電磁仿真、新材料新能源、氣候氣象、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域50余款自主研發(fā)高性能軟件和大型開源軟件。測(cè)試下的原型機(jī)實(shí)力不俗。僅6個(gè)機(jī)柜就達(dá)到了與“天河一號(hào)”120個(gè)機(jī)柜相當(dāng)?shù)挠?jì)算能力。

石油勘探是超算應(yīng)用的主要領(lǐng)域之一，稱得上“找油”利器。在原型機(jī)上的石油勘探地震正演模擬測(cè)試表明，其計(jì)算節(jié)點(diǎn)中一個(gè)核組的性能就達(dá)到“天河一號(hào)”單節(jié)點(diǎn)的1.24倍，而原型機(jī)每個(gè)節(jié)點(diǎn)有12個(gè)這樣的核組組成，“找油”更快更準(zhǔn)。孟祥飛稱，這說(shuō)明“天河三號(hào)”E級(jí)原型機(jī)相比“天河一號(hào)”具有更好的高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，通信性能優(yōu)勢(shì)明顯。

緊隨其后，神威E級(jí)原型機(jī)在國(guó)家超級(jí)計(jì)算濟(jì)南中心完成部署。山東省計(jì)算中心主任楊美紅表示，原型機(jī)的成功研制對(duì)E級(jí)計(jì)算機(jī)研制方案和技術(shù)路線進(jìn)行了全面系統(tǒng)驗(yàn)證，為E級(jí)計(jì)算機(jī)的研制成功鋪平了道路。此外，由中科曙光牽頭的曙光E級(jí)原型機(jī)系統(tǒng)也已完成。

從世界各國(guó)研發(fā)設(shè)定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)看，E級(jí)超算均預(yù)計(jì)在2020年至2022年推出，因此今年正是E級(jí)超算研發(fā)的關(guān)鍵沖刺年?；谧灾鲃?chuàng)新的中國(guó)E級(jí)超算將沿著前人的足跡，繼續(xù)夯實(shí)根基、加快步伐，向著全新的世界速度之巔發(fā)起沖鋒。(記者 毛振華)