你追我趕話超算

前不久，我國新一代百億億次超級計算機「天河三號」原型機首次亮相。（新華社發）

在上月底舉行的「2018年國際超算大會」上，新公布的「超級計算機500強」(TOP500)榜單令人驚訝——新面孔美國橡樹嶺國家實驗室的超級計算機「頂點（Summit）」排名榜首，曾經在最近5年中包攬冠軍的我國超級計算機「神威·太湖之光」和「天河二號」則分列第二位和第四位

中國超級計算機落後了嗎？超級計算機「你追我趕」式的比拼有何意義？作為計算機大家族中的「大塊頭」，超級計算機和普通人的生活有什麼關係？

超級計算機比什麼

作為各國綜合科技創新能力的技術支撐，不僅要比拼超級計算機的運算速度，還要比誰更能形成產業，誰用得更好

「在1976年，第一台超級計算機的運算峰值速度只有每秒1.6億次；到2016年，『神威·太湖之光』的運算峰值速度達到了每秒12.5萬萬億次。40年來，超級計算機的速度提升了8000萬倍。」國家超級計算天津中心系統管理部主管馮景華介紹說：「為什麼發展得這麼快？因為超級計算機已經成為各個國家綜合科技創新能力的技術支撐。」

超級計算機的成長速度之快，讓人們很難對它準確定義。儘管有第三方市場研究機構將超級計算機定義為每台成本超過50萬美元的計算機，但通常情況下，人們將計算機中功能最強、運算速度最快、存儲容量最大的「大塊頭」稱為超級計算機。它是計算機家族中的「巨人」，拿美國的超級計算機「頂點」來說，它有兩個網球場那麼大。

那麼，這些「巨人」比的又是什麼呢？這次公布的全球超級計算機500強榜單主要比拼的是超級計算機運算速度。「頂點」浮點運算能力為每秒12.23億億次，峰值接近每秒18.77億億次。排名第二的「神威·太湖之光」，浮點運算速度仍維持在每秒9.3億億次。排在第三位至第五位的依次是美國的「山脊」、中國的「天河二號」和日本的「人工智慧橋接雲基礎設施」。國家超算濟南中心主任張雲泉表示：「『神威·太湖之光』和『天河二號』最近一段時間沒有大幅升級的計劃，『頂點』還將佔據榜首一段時間。」

儘管在運算速度上中國超級計算機這次落了下風，但衡量各國超算產業實力的又並非僅看單台超級計算機的速度——除了「巨人」自己個子大，還要家大業大。在此次公布的榜單中，還包括全球排名前500的超級計算機歸屬。其中，中國從去年11月份的202台增加到206台，美國則從144台下跌到124台。此外，在製造商方面，聯想成為首個在榜單上排名第一的中國供應商，從惠普分拆出去的慧與科技排名第二，其後則是中國企業浪潮、美國企業Cray和中國企業中科曙光。

不過，在超級計算機「大戰」中，主角也並非僅有中美兩國。超級計算機不僅僅要考慮算得快，還要考慮性價比，「巨人」要吃得少還能幹活，商用化價值才更高。「每瓦電能算力」就是評價超算性價比的指標，Green500（綠色500）就是按照這個指標對超級計算機排名。在這個榜單上，採用ZettaScaler—2.2架構的日本超級計算機今年排名前三，但其在峰值速度榜單上甚至排不進前350名。

由此可見，超級計算機之爭不光是速度比拼，還要比誰更能形成產業，誰用得更好。

超級計算機用在哪兒

超級計算機不僅應用於高精尖的科學研究領域，還能用在普通人的生活中

「基於『神威·太湖之光』超級計算機對『天宮一號』飛行器兩艙簡化外形隕落飛行繞流狀態大規模並行模擬，在20天內就完成了常規需要12個月的計算任務，計算結果與風洞實驗結果吻合較好。」國家計算流體力學實驗室這一介紹似乎很符合人們對超級計算機應用的想像：算的都是高精尖。

「事實上，超級計算機並不完全意味著高大上，它不僅能用在科學研究，也能用在普通人的生活中。」石家莊鐵道大學複雜網路與可視化研究所副教授王威表示，「比如天氣預報，要綜合考慮多個變數來計算雲團和氣流運動的軌跡，推導它們未來的走向，這就需要超級計算機的『超級大腦』。」日本氣象廳也宣布，從今年6月份起，引入一台超級計算機，運算速度是現有氣象計算機的10倍。這樣，每天的風雨預報就可以從上午9點發布提前到早上6點，方便公眾在上班上學前做好準備。

如今，連小朋友看的動畫片，也在使用超級計算機。據介紹，「天河二號」參與過上百部動畫的渲染與特效製作，其中就包括人們熟悉的《熊出沒》系列。「在動畫製作中，從模型生成圖像就是所謂的渲染，這是動畫製作中非常耗時的部分。但是，利用超級計算機，工作效率能夠得到極大的提升。」中國傳媒大學高性能計算機研究中心副研究員高鵬東介紹說，「電影工業早已離不開超級計算機的幫助」。

不過，雲計算也以計算力強勁聞名。那麼，為何這些項目還要選擇超級計算機？聚道科技聯合創始人王樂珩表示：「其實，雲計算和超級計算機都是分散式集群架構，只是超級計算機會採用更先進的CPU和GPU，更多內存，內部各個節點的通訊速度也更快。這意味著，超級計算機更適合計算密集型作業，性能和時間往往比成本更重要。此外，一些節點之間需要大量交換數據的計算，也只能使用超級計算機。普通雲計算性價比高，適合掃描過濾海量數據，比如各種互聯網常見服務。」

下一個「賽點」在何處

E級超算被視為超級計算機你爭我奪的下一個戰略高地，其速度是目前超算能力的8倍

7月19日晚，我國自主研發的首台神威E級超級計算機原型機運抵國家超算濟南中心，開始正式組裝調試。此前，在今年5月份舉辦的第二屆世界智能大會上，中國國家超算天津中心則展示了新一代E級超級計算機「天河三號」原型機。

E級超算被視為超級計算機你爭我奪的下一個戰略高地——「E級」意味著每秒能夠達到百億億次的運算速度，相當於目前最快超級計算能力的8倍左右。

張雲泉介紹說，美國已經上馬了兩個E級超算項目，預計將在2021年發布；歐洲和日本的E級超算預計要到2022年以後發布。

從中國的研發情況來看，目前我國同時啟動了包括「天河三號」「神威」E級超算和中科曙光的E級超算3大E級超算原型系統研發，但從原型機到真正投入使用，需要3年左右的時間。

不過，超級計算機算得再快，目的仍是為了要解決問題。也就是說，如何用好才是關鍵。「僅有超算技術的突破還不夠，還要能對超算背後的諸多產業形成一個正面反饋，這還需要較長時間，需要擴大超算應用的『朋友圈』，不斷實現對產業的輻射和支撐。」清華大學地球系統科學系副教授付昊桓表示。

國家超級計算無錫中心主任楊廣文同樣認為，目前有超算需求的企業和行業並不少，但卻摸不到門，不知該如何應用。在他看來，降低用戶的使用門檻是解決辦法。國家超算無錫中心4月份發布了國內首個「超算雲」，上面搭載了包括電磁模擬、新葯研發、汽車設計、船舶設計、動漫渲染、深度學習等10個產業化平台，「讓超算能夠更加方便地直接為實際應用和產業服務。」據介紹，去年國家超算無錫中心用戶數量超過300家，主機賬號1500多個，支持包括紫金山天文台、遠景能源集團、中船重工七〇二所在內的江蘇省用戶超過50家。（經濟日報·中國經濟網 記者 陳靜）

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