國產世界最快超級計算機 三項目入圍國際最高獎

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，由國家並行計算機工程技術研究中心研製的「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。

基於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，基於「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？運算一分鐘相當於地球人算32年。

「相當於200多萬台普通電腦」

「簡單來說，這套系統1分鐘的計算能力，相當於全球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台式機作參照，『太湖之光』相當於200多萬台普通電腦。」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個運算機櫃和8個網路機櫃組成。每個運算機櫃比家用的雙門冰箱略大，打開櫃門，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。一台機櫃就有1024塊處理器，整台「神威·太湖之光」共有40960塊處理 器。

「每一塊處理器相當於20多台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」：美國人把一台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。單晶元計算能力相當於3台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，標誌著我國超級計算機研製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。

國家並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，相當於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髮展的短板。

中科院計算機網路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，相關商業應用軟體仍為國外壟斷，在軟體研製、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體所與清華大學、北師大合作的「全球大氣非靜力雲分辨模擬」；國家海洋局海洋一所與清華大學合作的「高解析度海浪數值模擬」；中科院網路中心的「鈦合金微結構演化相場模擬」。有效使用超級計算機，算天、算地、算人，還能算命。

1 算天：風中哪朵雨做的雲？

氣象台的天氣預報準度一直在提升，這背後其實都是超級計算機的功勞。

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

「下不下雨關鍵看雲層運動，在沒有超算之前，觀測雲層的精度是按照經緯度。有了超算之後，就可對雲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髮展的腳步。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；隨後，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雲，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，而且模型的解析度達到了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於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「個性特徵服務」。美國的IBM超級計算機「沃森」近期宣布，通過對每個人2300條最新社交網路推文的解讀，應用語言學分析方法歸納總結你的社交特性，然後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路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。

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