我國超級計算機精彩演繹速度與激情

11月中旬，每半年發布一次的全球超級計算機500強最新榜單在美國鹽湖城公布，我國「神威·太湖之光」以較大的運算速度優勢蟬聯冠軍。算上此前「天河二號」的六連冠，我國已連續4年佔據全球超算排行榜最高席位。起步、跟隨、並行――

超級計算機是指在給定時間內可提供最大、最快和最強能力的大容量大型計算機系統，是解決國家經濟建設、社會發展、科學進步、國家安全和國防建設等領域一系列重大挑戰性問題的重要手段，是國家綜合國力、科技競爭力和信息化建設能力的重要體現，是世界各強國爭奪的戰略制高點。國際超級計算機TOP500組織，每年對全世界已安裝的超級計算機進行兩次排名，並在這一領域最具世界影響力的國際超級計算大會上公布，其排名在相當程度上顯示了一個國家信息領域的科技創新能力和綜合實力，特別是進入排名前10位的系統代表著超級計算的頂尖水平。

（王握文、於冬陽）

一名研發工程師展示「神威·太湖之光」所使用的「申威26010」眾核處理器。

研製發展超級計算機對國家意義重大

■中國計算機學會（CCF）理事 彭紹亮

研製發展超級計算機意義重大。超級計算機多用於國家高科技領域和尖端技術研究，是一個國家科研實力的體現，對國家安全、經濟和社會發展具有舉足輕重的意義，是國家科技發展水平和綜合國力的重要標誌。

近些年超級計算機開始面向全社會提供計算服務，除了支持傳統的大規模科學工程計算，還在雲計算和大數據分析等領域發揮了巨大作用，如：天河超級計算機已經在天津、長沙、廣州、呂梁等多個城市進行了部署，每個普通用戶都可以通過互聯網直接申請計算資源和計算服務。

當今科學研究總體來說有三種方法，即理論方法、實驗方法和數值計算方法。在先導科學研究中，數值計算方法發揮著越來越重要的作用。單純的理論研究和單純的實驗研究都有著無法克服的局限性。理論研究本身困難重重，進展緩慢。很多理論性質的論文幾十年、幾百年來都沒有顯著性的進展，懸而未決的問題比比皆是。有時候，歷盡艱辛推導出來的一個結論，後來卻被證明推導它所基於的理論本身就是錯誤的。理論研究一直在不斷的肯定、否定、否定之否定中循環往複，緩慢前行。而實驗研究是嚴重依賴於實驗條件的，但很多時候實驗條件本身由於道德、法律、安全、規模太大等問題而無法滿足。比如生物醫藥領域，在很多新葯的研發階段，直接作用於人體或動物來觀測其效果是十分危險的，必須採用其他方法來進行驗證。這時候數值計算模擬就發揮了其強大的作用。數值計算把理論和實驗聯繫起來，作為一道通往真理的橋樑，是必要的，是不可或缺的。很多問題的研究離開了數值計算模擬根本無法有效進行。利用超級計算機來進行高精度、高速度的數值計算模擬，對解決實際問題所發揮的作用是無與倫比的。

有賴於超級計算機解決的挑戰性問題，涵蓋核試驗模擬、石油勘探、氣象預報、農業育種、醫療服務、新葯研製、動漫渲染、材料設計、金融計算等人類科學和生活的每一個領域。凡是需要大規模數值模擬計算和大規模數據分析的情形都可以利用超級計算機進行加速。需要特別指出的是，超級計算機在軍事領域也有非常重大的作用。比如藉助於超級計算機強大且快速的運算能力，在實驗室實施的亞臨界核試驗，與真正核試爆的效果是相同的。美國運算速度最快的超級計算機都安裝在能源部各國家實驗室，用來進行核武器設計、試驗、改進和安全儲存的研究，對核爆進行全物理、全系統、真三維的數值模擬，當然也可以進行核能的數值模擬計算。

國防科技大學研製的天河二號超級計算機系統。

以超級速度破解人類面臨多種世紀難題

■「天河二號」副總設計師 楊燦群

在全球超算排名中，「天河二號」曾連續六度稱雄，「神威·太湖之光」又接棒蟬聯了新近兩屆冠軍。超級計算機為什麼要追求快呢？

這是因為計算機速度越快，越能幫助我們解決一些過去無法解決的挑戰性問題。當今世界，計算已經成為繼理論與實驗之後的第三種研究手段，超級計算機則被譽為人類探索自然奧秘的「天文望遠鏡」、科技創新的發動機。有了它，才能通過計算機建模模擬等技術手段，讓我們在虛擬世界中完成自然條件下難以完成的科學實驗。

比如過去一種新葯的問世，從化合物篩選到臨床II期試驗，往往需要10年左右的時間。運用超級計算機進行輔助藥物設計和高通量虛擬篩選，能夠大大縮短成藥周期、降低研發成本。在「天河二號」上構建的新葯先導化合物虛擬篩選平台，將大規模藥物篩選的速度提高了600倍。中科院上海藥物研究所、華大基因等科研團隊，在「天河二號」上分別開展面向埃博拉病毒、癌症治療的虛擬藥物篩選，一天時間內就可以完成對世界上已知結構的4千萬種化合物分子的篩選工作，為尋找應對未知突發性病毒的藥物提供了快速有效的虛擬篩選手段。

再比如現在人們出行乘坐的飛機，它的研發也與超級計算機緊密相關。過去，研發一款飛機需要耗時十幾年甚至幾十年的時間。現在，利用超級計算機實現的數值風洞系統可以顯著縮短研發周期。中國商飛北京民用飛機技術研究中心，利用「天河二號」進行大型客機全參數氣動優化設計計算，僅用6天時間就完成了過去需要兩年才能完成的計算量，極大地提高了工作效率。我國正在研製的C919大型飛機，其氣動設計就使用了該技術。

目前，以「天河一號」「天河二號」為業務主機建成的天津、長沙、廣州三個國家超算中心，目前已構建起材料科學與工程計算、生物計算與個性化醫療、裝備全數字設計與製造、能源及相關技術數字化設計、天文地球科學與環境工程、智慧城市大數據和雲計算等六大應用服務平台，為國內外千餘家用戶提供高性能計算和雲計算服務。在基因組數據分析、新葯製備、氣象與環境、大型飛機和高速列車氣動數值計算、汽車和船舶等大型裝備結構設計模擬、電子政務及智慧城市等領域得到廣泛應用，取得了顯著的經濟效益和社會效益。

（本報記者王握文、特約通訊員於冬陽整理）

應用從「高大上」向「平民化」全面拓展

■國家超級計算機天津中心應用研發部部長 孟祥飛

超級計算機被譽為電子信息技術領域的「皇冠」，是「國之重器」和國家綜合國力的重要標誌。當前，我國超級計算機的應用領域正從「高大上」向「平民化」快速拓展。

以前超級計算機的主要功能是「算天、算地、算人」。「算天」，就是研究氣候氣象等大氣物理與宇宙起源演化等天體物理重大問題，比如千年氣候變化研究、年季的區域氣候變化研究、氣象和海洋預報、空氣污染預警預報等。「算地」，就是解決油氣能源開發中地下油藏分布的「小地球物理」和地震成因、地質演化等「大地球物理」研究挑戰。特別是在油氣勘探領域，基於高密度地震波勘探數據，反演地下地質結構三維高精度成像來指導油氣開採，必須依靠超級計算能力來完成大規模地震數據處理。目前我國在這個領域已經走在世界先進水平。「算人」，就是研究人類的基因密碼、生命動力學特徵、神經科學等。比如一個人的大腦就有1000億個神經元和更大規模的神經突觸，要在人類生命科學領域取得重大突破，就必須藉助超級計算機進行複雜的具有生命特徵的動力學模擬和海量數據處理。

當前，信息技術的發展將我們帶入了大數據時代。超級計算機也在「管吃、管穿、管住、管行、管玩」等事關百姓生活的領域大顯身手。「管吃」，就是用高性能數據分析來指導農業優質育種、高效環保肥料生產、發酵等食品工藝優化。「管穿」，就是通過高分子材料模擬、「材料基因組」實施來開發更舒適、優質和豐富的服裝材料。「管住」，就是用建築信息建模和虛擬現實等技術，讓我們不僅可以看到我們的小房子，還可以足不出戶就了解我們生活的大環境。「管行」，就是用我們基於超級計算機構建的「數值風洞」指導我們研發安全行駛的汽車、穩定飛行的飛機。「管玩」，由超級計算機構建起來的大規模渲染製造平台正在為我們製作絢麗的燈光秀、大規模動漫渲染和影視特效等，像春晚燈光秀、動畫片「熊出沒」、新版西遊記等大量我們喜聞樂見的作品正在超級渲染平台上完成。

超級計算機正在不斷深入融入我們科技創新和社會發展的各個領域，成為既能「頂天」又能「立地」的信息技術「大咖」。

「數」說全球超算新趨勢

從最新一期全球超級計算機500強榜單來看，中國企業表現出色，尤其華為異軍突起。美國超算數量「小幅復甦」，全球超算繼續緩慢「整體提速」，前一百強首次是清一色的千萬億次超算系統。前十名中，「神威·太湖之光」以每秒9.3億億次的浮點運算速度繼續領跑，中國「天河二號」排名第二，第三名美國「泰坦」和第四名美國「紅杉」與「天河二號」之間又有較大差距。第五名和第六名是兩個「新面孔」――美國的「科里（Cori）」與日本的「Oakforest-PACS」。日本「京」、瑞士「代恩特峰」、美國「米拉」和「三一」分別排名第七至第十，均是「老面孔」。

從各國超算上榜總數看，這一次，中國入圍數量從上一期的168台增至171台，「小幅復甦」的美國也從上一期的165台恢復至171台，兩國首次並列第一。在累計運算性能方面，中國超算占所有超算總性能的33.3%，比第一名美國的33.9%稍遜一籌。從公司角度看，中美兩國計算機企業在榜單前幾名仍呈「交錯」之勢。美國惠普公司生產的超級計算機依舊最多，但已從上一期的127台降至112台。不過，如果算上該公司新近收購的硅圖公司所生產的入榜超算，總數則達到140台。第二名是中國聯想，從上一期的84台增至92台。

超算處理器一般都會使用多個內核，負責執行計算、數據處理等最重要任務。此次上榜的超算中，98.2%的超算使用的處理器至少有6個內核，88%的超算運用至少含8個內核的處理器，72.2%的系統使用內含10個或更多內核的處理器。

佔領科技創新制高點

■崔春雨

9月15日22時04分，搭載天宮二號空間實驗室的長征二號FT2運載火箭，在酒泉衛星發射中心點火發射；10月27日，由國家並行計算機工程技術中心牽頭的「E級高性能計算機原型系統」研製項目正式啟動，速度將十倍於目前世界最快……近段時間以來，我國又一批重大科技創新成果振奮人心，向世界展示著中國人民佔領科技創新制高點的雄心壯志。

歷史經驗表明，重大科技創新成果對一個國家的全面建設具有強大的帶動作用。18世紀出現了蒸汽機等重大發明，成就了第一次工業革命，開啟了人類社會現代化歷程。19世紀，科學技術突飛猛進，催生了由機械化轉向電氣化的第二次工業革命。20世紀前期，量子論、相對論的誕生形成了第二次科學革命，引發了以航空、電子技術、核能、航天、計算機、互聯網等為里程碑的技術革命。一些國家抓住科技革命的難得機遇，實現了綜合國力的快速提升。

抓重大科技創新研發，既是我國的優良傳統，也是我國邁向科技強國的必由之路。新中國成立以來，我國取得了「兩彈一星」、超級雜交水稻、量子通訊、北斗導航等一大批科技成果。黨的十八大以來，我國科技創新雖碩果累累，但自主創新成果不多、領軍人才缺乏、科技創新體制機制不暢等問題猶在。習主席強調：「必須堅持走中國特色自主創新道路，面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求，加快各領域科技創新，掌握全球科技競爭先機。」把這一重要指示落到實處，需要牢牢牽住科技創新這個「牛鼻子」，儘快下好科技創新這步「先手棋」。

「實施創新驅動發展戰略，最根本的是要增強自主創新能力，最緊迫的是要破除體制機制障礙，最大限度解放和激發科技作為第一生產力所蘊藏的巨大潛能。」激發活力才能提高動力。近年來，我國在破除科技創新藩籬上出快刀、下大力，隨著《關於國家重大科研基礎設施和大型科研儀器向社會開放的意見》《關於改進加強中央財政科研項目和資金管理的若干意見》等一系列政策的精準落地，我國迎來了「綠我涓滴，會它千頃澄碧」的喜人景象。

「國勢之強弱，系乎人才。」佔領科技創新制高點，必須緊緊扭住人才隊伍這個關鍵，堅決貫徹人才優先發展戰略，才能讓更多千里馬競相奔騰。在人才選用上既突破「孩子是自己的好」的門戶之見，又不囿於「外來和尚會念經」的片面認識，才能真正聚天下英才而用之，為實現中華民族偉大復興中國夢匯聚浩浩蕩蕩人才大軍，為建設科技強國奠定堅實的智力基礎。

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