「天河二號」完成升級 「最強大腦」藏在你身邊
「最強大腦」藏在你身邊
擁有強勁計算能力的超級計算機(簡稱：超算)被稱為「神運算元」、「最強大腦」，它是國家科技發展水平和綜合國力的重要標誌，是世界各國爭奪的一個戰略制高點。隨著我國超算領域的發展與成熟，全國已成立了六大超算中心，這顆「最強大腦」亦不再神秘，與普羅大眾的生活越來越密切——精準天氣預報、基因測序、尋找暗物質、研究引力波，甚至在動畫電影特效製作、汽車設計等行業都能見到它的身影。
位於廣州大學城中山大學東校區的國家超級計算廣州中心，「天河二號」超級計算機就「藏身」於此。作為我國超算領域標誌性系統之一，「天河二號」誕生之初，其運算速度就打破了世界紀錄，至今仍在全球超算兩大權威榜單中長期佔據前兩位。落戶廣州4年多時間，「天河二號」去年正式完成升級，採用國產自主研發的加速器代替了原有國外的加速器。「天河二號」更是當前國內唯一支持業務運營的超算系統。
儘管當前在超算全球競賽中我國處於領先地位，但是美國、日本和歐洲等是超算傳統強國，擁有雄厚的軟硬體實力。因此，我國超級計算機在完成自主化進程同時，亦加快了下一代E級系統的研製步伐。專家預期，在2020年將是全球超算競爭的窗口期，我國與美國、日本等將爭奪E級系統研製的主導地位。
文/廣州日報全媒體記者 文靜
圖/廣州日報全媒體記者 高鶴濤 實習生 黃煥然攝
初見「最強大腦」
每12分鐘一次預報廣州未來2~6小時天氣
進入位於廣州大學城中山大學東校區的超級計算機廣州中心二樓的主機房，一共9排計算系統正在「呼呼呼呼……」地高速運轉中，每排計算系統的機身高度近兩米、漆黑的面板上有無數束藍色燈光在跳動著，在主機的面板上的浮雕——「天河二號」赫然映入眼帘，讓人宛如置身於科幻電影中的場景。「超算並不神秘，它與廣大市民生活息息相關，比如廣州天氣的精準預報，背後就是『天河二號，國家超級計算機廣州中心總工程師杜雲飛打開了「話匣子」。
如今，不少市民都習慣每天接收一條來自廣州市氣象台發布的天氣簡訊，在強對流天氣多發的季節，更會接收到暴雨黃色預警、暴雨橙色預警等即時信息。相信很多廣州市民都有類似的感受：「現在天氣預報越來越精準，有時下班前收到『未來1小時將會降雨』的信息，下班時就會帶上雨具。」杜雲飛表示，「自從『天河二號』落戶廣州後，就開始與廣州熱帶所、廣州氣象局進行合作優化業務。」從去年開始，廣州市氣象局利用「天河二號」發展區域精細數值天氣預報模式，從過去「3公里」解析度提升到「1公里」，在天氣預報中，解析度的提升對精準度有著重要的影響。如今廣州地區的「1公里」模式，就是能每12分鐘滾動預報未來6小時天氣，實現「分鐘級」快速更新。正是由於這顆「最強大腦」的支持，廣州市精細化預報水平已達到國內領先。去年6月，颱風「苗柏」來襲，通過「1公里」模式，在下午1點就準確預報了半夜登陸的苗柏颱風登陸點、移動路徑及颱風登陸前後的降雨，為防災防汛做好充分準備。杜雲飛表示，「天河二號」是國內唯一支持業務化運營的超算。
「天河二號」的「成績單」遠遠不止於此，除了精準天氣預報外，還支持廣州地鐵的運營；幫助科學家們尋找暗物質、研究引力波；為廣州東塔、西塔做防震計算；4小時完成人類基因組測序原本需要8個月的工作量……隨著技術的推進，這台超級計算機除了完成傳統的高性能計算，還包括雲計算、數據處理、深度學習等運作。
科研與多領域應用
考驗「超算」能力，未來與人工智慧結合
超級計算機是指由數千甚至更多處理器組成、能計算普通計算機和伺服器不能完成的大型複雜課題的計算機。「天河二號」一共有32000顆主CPU和48000個協處理器，其系統理論峰值為54.9PFlops(5.49億億次浮點運算每秒)，持續計算速度3.39億億次/秒。「天河二號」整個系統，包括計算和通訊都集中在廣州中心的主機房，9排計算系統，共16000個計算節點。當中上萬個節點利用光纖連接，因此這個「最強大腦」中就擁有50000多根光纖。
在美國、日本、歐洲等國家和地區，「超算」主要用於解決科學工程計算，對國家研究課題組開放。我國的超級計算機則有些不同，它還是一個公共應用的平台，不僅被用來解決科學科研問題，還應用在政務、大眾生活以及多個行業領域。目前，「天河二號」已經部署了700多個應用軟體和工具軟體，用戶總數已突破2000家，是全世界用戶數量最多、利用率最高的超級計算系統之一，其中80%的用戶是來自高校和科研院校，另外20%是企業。飛機設計、汽車設計、高鐵設計、傳播設計等，越來越多的行業都藉助「天河二號」來完成設計過程。
近年，我國動漫與電影產業高速發展，在動畫渲染、電影特效製作方式，要達到國際級水準，就必須依賴擁有強大運算能力的計算機。超算除了能提供複雜、高解析度真實感的渲染任務，最重要的是可縮短製作周期，從而大幅減少渲染成本。讓人意想不到的是，目前「天河二號」已參與過百部動畫的渲染與特效製作，其中包括大家所熟知的《熊出沒》。此外，廣州本地一家3D家裝設計也在「天河二號」上完成其渲染、設計等項目。
正因為支持業務化運營，對超算系統有著更高的可靠性、系統保障要求。團隊如何保障整套系統有序、安全地運行？記者在廣州中心看到，團隊工作人員正通過系統對機房的水、電、消防、空調等密切監控。眾多周知，計算機屬於電子產品，其最大的「天敵」就是水，在廣州雨季時，外部環境濕度較高，基礎設施團隊必須對機房的濕度進行控制，「運維團隊是7×24小時，第一時間發現任何問題都能處理」。同時，廣州中心亦有專門團隊負責「天河二號」的網路安全，使用硬體+軟體的方法來保障整個系統的安全運行。
「天河二號」從2014年初正式對外運營至今已有4年，目前平均使用率超過70%。因此研發團隊在廣州中心架設了新的機房，在即將投入使用的新設備中會加入更多大數據處理與人工智慧。
「與人工智慧的結合，是未來超算的發展方向。」杜雲飛如此說道。隨著信息化時代的演進，計算能力在人類生活中佔據越來越重要作用，過去超級計算機主要關注科學工程應用，隨著技術發展，它與人工智慧和數據處理的結合日益密切。在未來E級系統中，高級計算與人工智慧的融合將是必然。比如美國最近發布的E級計劃，其重要的方向就是人工智慧，系統預計在2021年建成。隨著人工智慧的加入，超級計算機在晶元設計和結構設計上亦會有所改變。
想像一下：未來的城市中，就有一個超級計算機支撐無人駕駛整個信息系統的運用，這些信息運用的背後就是依託超級計算機進行複雜的計算和處理。還有城市安防，通過超級計算機對攝像頭的實時處理， 任何人或車輛出現的軌跡都能輕鬆地找出。
「超算」硬體：已採用國產加速器
未來全球「超算」可達每秒百億億次
追溯我國超級計算機歷史：1983年，我國成功研製出第一台超級計算機銀河一號，使我國成為繼美國、日本之後第三個能獨立設計和研製超級計算機的國家。超級計算機肩負著解決國家經濟建設、社會發展、國防建設等領域重大挑戰性問題的重要任務，因此它是世界各國爭奪的一個戰略制高點。
截至2017年，我國共建六個國家超級計算中心，分別為天津中心、長沙中心、濟南中心、廣州中心、深圳中心、無錫中心。其中，「天河二號」落戶在廣州超算中心。
作為我國超級計算機研發標誌性的系統之一，2013年研製成功的「天河二號」，當時就以5.46億億次/秒運算速度刷新了超算領域的世界紀錄。它的紀錄直到2016年6月，才被我國的「神威·太湖之光」打破。目前，我國的「神威·太湖之光」的運算速度已達到每秒12.55億億次，是世界上最快的超級計算機。根據2017年11月發布的最新全球超級計算機500強榜單中，我國的「神威·太湖之光」和「天河二號」位居全球第一與第二位。
完全國產化是我國每一位超級計算機科研人員的信念。杜雲飛信心滿滿地告訴記者，去年團隊正式完成「天河二號」的升級。雖然主晶元仍是採用英特爾，但是加速器已是我國自主研發的，代替了過去的國外品牌加速器，部分節點也是使用國產晶元作為主CPU。未來，我國超級計算機一定會走國產自主晶元的道路，並且形成符合國產晶元技術的軟體生態。
TAG:廣州日報 |