中国超算“顶天立地”四十年：累计拿下13次世界第一

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　　中国超算“顶天立地”四十年　　胡春艳

　　“‘天河’新一代百亿亿次（E级）超级计算机将于2021年前后研制完成。”这是7月6日在天津举行的“纪念中国超算四十年暨国家超算天津中心成立十周年”大会上对外公布的消息。

　　在世界上最快超级计算机的争夺战中，E级超级计算机是各国新一代超算角逐的焦点。即将问世的“天河”新一代E级计算机将向世界冠军宝座发起冲击。

　　中国超算已走过四十年，人工智能、大数据时代接踵而来，中国超算发展将何去何从？此次大会吸引了超级计算、人工智能等前沿信息技术领域的著名专家学者，以及政府、资本、科研等多领域的代表共聚一堂，为中国超算发展与高性能计算应用出谋划策。

　　中国建成6个国家级超算中心 13次拿下世界第一

　　超级计算机体现着一国在全球信息技术竞争中的强国地位，是支撑综合国力提升的国之重器。

　　时至今日，中国超级计算机的研制、创新、应用发展，经历了从无到有、从跟跑到领先的四十年“超常速”发展。

　　1978年，中国启动首台巨型机“银河-I”研制；2010年，“天河一号”首次摘下全球超级计算机500强榜单第一名。

　　近十年来，天津、深圳、济南、长沙、广州和无锡6家国家级超算中心相继落成。“天河一号”、“神威蓝光”、曙光“星云”、“天河二号”、“太湖之光”等超级计算机先后登上世界顶级超算阵容。如今，中国已成为世界上超级计算机数量最多的国家。

　　国家超算天津中心主任刘光明说：“中国累计拿了13次世界第一，超算已经成了除高铁、航天之外，中国向世界展示的第三张名片。”

　　纪念大会现场，很多亲历了中国超算事业发展历程的专家学者，回首四十年筚路蓝缕，感慨万千。

　　上世纪70年代，自超级计算机问世以来，国际上对超级计算机的需求激增，中长期天气预报、航空航天、核爆模拟、石油地震勘探等重大创新和产业领域利用超级计算机不断取得突破。而当时，国际上对我国也开始技术封锁。

　　1978年，我国启动巨型计算机研制工程，由于当时技术基础、生产工艺等都与先进国家存在巨大差距，要把计算速度提升到每秒一亿次，困难重重。时任国防科大计算机研究所所长的慈云桂当时已满60岁，他立下军令状：“就是豁出我这条老命，也一定要把我们自己的巨型机搞出来！”

　　五年后，研发团队突破关键技术、完成整体设计，把整机系统的250万个焊点一个个焊起来，“银河-Ⅰ”巨型计算机最终研制成功，中国成为世界上少数几个能研制亿次巨型机的国家。

　　算天、算地、算人 摆脱“中看不中用”的偏见

　　如今在国防建设、科技创新、国民经济发展等各个方面，都少不了超算这个“超级大脑”的强大支撑。

　　刚刚过去的10年，中国超级计算闯出了一条技术创新与应用创新深度融合的新路。刘光明说，中国超算一直做的是“顶天立地”的事，“顶天”是为科学研究服务，提升国家科技创新能力；“立地”是为产业发展服务，促进经济建设快速发展。

　　“天河一号”取得世界第一突破之后，中国超级计算进入国际领先的行列，随后围绕超级计算开展了一系列核心技术突破，形成了高性能计算芯片、高速互联、操作系统等健全自主可控产业链，也迎来了“曙光”“浪潮”等中国高性能服务器和计算系统市场发展的黄金十年。

　　如今超级计算成为能“算天”“算地”“算人”的“国之重器”，驱动重大科技创新和产业创新。从航空航天数值风洞、数值气象预报、宇宙演化模拟，到海洋动力学计算、石油地震勘探处理，再到高通量虚拟药物设计、大规模基因数据处理以及工程数值仿真、高端装备设计等，超算支撑了一大批依托高性能计算和大规模数据处理的国际前沿技术创新领域，显著提升了我国在国际上的技术地位和影响力。

　　“天河一号”从2010年11月世界超级计算机TOP500排名第一到现在，已经运行9年，成为国际同类超级计算机运行和满负荷应用时间最长的系统。天津市委常委、滨海新区书记张玉卓说，天津滨海新区依托超级计算已经逐步建立起完善的自主信息技术产业链，推动和引领智能创新、智能产业发展。

　　“这表明了中国研制的超级计算机技术基础扎实是实用、好用的。”刘光明说，这也打破了国内外关于中国超级计算机“中看不中用”的偏见。

　　科技部高新司副司长梅建平表示，下一步将从全国一盘棋的角度来设计和整体布局，支持在重点区域建设国家级超算中心，让超算中心相连接，成为真正的国家超算网络，形成全国超算资源共享的新格局。

　　要改变“重硬轻软”的思维 让老百姓切身感到实惠

　　百亿亿次超算是眼下各国激烈争夺的一个里程碑。目前，中国、美国、欧盟、日本都宣布了相应的研发计划。

　　E级计算到底有多快？“天河一号”的峰值运算速度为每秒4700万亿次，它运算1小时，相当于全国13亿人同时计算340年以上。E级超算的计算速度是“天河一号”的200倍，它运算1小时，相当于全国13亿人民同时计算7万年以上。

　　当前，我国已经启动了百亿亿次超级计算机系统的研制工作，开始全面进入E级超级计算时代。在国防科技大学和国家超级计算天津中心等团队合作下，“天河三号”E级原型机历经两年多的持续研发和关键技术攻关，于2018年7月研制成功并通过项目课题验收。紧随“天河三号”原型机，神威、曙光的百亿亿次原型机系统也相继发布。

　　国家超级计算天津中心主任刘光明介绍，“天河三号”E级原型机系统实现了四大自主创新，即3款芯片——“迈创”众核处理器（Matrix-2000+）、互连接口芯片、路由器芯片；4类计算、存储和服务节点，10余种PCB电路板；新型的计算处理、高速互连、并行存储、服务处理、监控诊断、基础架构等硬件分系统；系统操作、并行开发、应用支撑和综合管理等软件分系统。

　　“天河三号”原型机系统研制成功后，国家超算天津中心随即启动了大规模的计算应用测试。国家超算天津中心应用研发部部长孟祥飞介绍，测试涉及国家12个重大创新专项领域、数十个国家重点研发计划。

　　力学所、物理所、大气所、计算所等中科院旗下院所以及中国空气动力研究与发展中心、北京临近空间飞行器系统工程研究所、清华大学、西安交大等30余家合作单位纷纷利用原型机开展了一系列大规模并行应用测试，涉及大飞机、航天器、新型发动机、新型反应堆、电磁仿真等领域50余款自主研发高性能软件和大型开源软件。

　　测试验证，“天河三号”原型机的运算能力超强，仅6个机柜就达到“天河一号”120个机柜相当的计算能力。

　　下一步国家超算天津中心将依托“天河一号”和研制中的“天河三号”百亿亿次超级平台，打造超级计算、云计算、大数据、人工智能和物联网五大融合平台，为国家科技创新服务，为新兴产业发展服务。

　　面对风起云涌的大数据、人工智能技术，超级计算特别是E级计算如何创新引领区域经济发展、推动传统产业升级，是许多研究者关心的话题。

　　国家超算济南中心主任张云泉提到当前中国超算普遍遇到的一些瓶颈问题。首先是我国应用领域与软件研发存在脱轨现象。在超算应用比较多的制造业和基础科研等关键领域，大部分商业应用软件都被国外垄断，“我国不仅支出巨额软件采购费用，软件升级还受制于人。”与此同时，我国超算应用软件研发人员相对匮乏。

　　他建议，首先要将我国超算发展模式从超算机器性能拉动，向应用需求拉动转变。同时要转变“重硬轻软”的思维，持续稳定支持超算应用软件的开发。此外，要重视人才激励机制和培养机制。中国青年报