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冲击百亿亿次新目标,下一代超算或比现世界冠

新华社济南6月22日电 记者从国家超级计算济南中心获悉,我国下一代神威E级原型机日前在山东济南开工建设,这一原型机计划2018年6月竣工投用。

下一代超算或比现世界冠军快八倍
专家提醒“九连冠”后需冷静看待优势和短板

每秒实现百亿亿次浮点计算,相当于当今世界上最快超级计算机的10倍,这是中国新一代超级计算机项目“神威E级计算机原型系统”的目标。10月底,国家并行计算机工程技术研究中心与清华大学、北京大学、中科院计算所、国家超算济南中心等单位强强联合启动了该项目,标志着继神威·太湖之光100P超级计算机今年成功冲顶后,中国超级计算机研发工作再一次聚力向“无人区”迈进。

记者了解到,神威原型机属于国家重点研发计划“E级计算机关键技术验证系统”项目,正由国家并行计算机工程技术研究中心与国家超级计算济南中心共同研制推进,并落户国家超级计算济南中心。这个项目建成并开展计算应用服务后,将进一步支撑我国在海洋科研、气候气象、航空航天、生物信息等领域的研究和发展。

本报记者 王延斌 通讯员 于 萌 陈 鑫

科技日报记者采访国家“高性能计算”重点研发计划总体组专家了解到,国家近期已启动三个“E级计算机原型系统”项目,这种前所未有的尝试就是要形成一种竞争氛围,通过赛马机制打造我国自主的E级计算机“利剑”。三个项目的启动单位(国家并行计算机工程技术研究中心,国防科技大学,曙光公司)在超级计算机研制方面都拥有深厚的技术基础和丰富的研制经验,各家研制单位在存量基础上必须有颠覆性增量创新才能再前进一步。

在具体应用领域,国家超级计算济南中心与国家海洋局第一海洋研究所已于2016年获批E级应用软件项目“海洋环境高性能数值模拟应用软件研制”。超级计算机的实力提升,将为海洋领域科研团队和业务部门提供大规模可扩展的并行计算服务、大数据服务和智能计算服务,加快实施透明海洋、深海极地、蓝色生命等大科学计划及国家海洋战略。

我国自主研发的“神威·太湖之光”超级计算机蝉联世界冠军令国人雀跃。与“神威·太湖之光”同属一个研制单位、同样以“全国产”为特点的国家超算济南中心正在与国家并行计算机工程技术研究中心一道研制“太湖之光”的下一代——神威E级原型机,“预计在2018年6月与国人见面,并落户国家超算济南中心。”山东省科学院计算中心副主任潘景山告诉科技日报记者。

但实现这种颠覆性增量创新的难度很大。国家超算济南中心副主任潘景山告诉科技日报记者,我国启动世界最快超级计算机项目仍需克服两大难题,一是技术难题。比如E级计算机在效率、能耗、可靠性和应用适应性等方面仍面临前所未有的挑战,具有很多不确定性,“比如能耗问题,如果用现有技术研制E级计算机,能耗将达到每小时60兆瓦左右,这几乎相当于一个中等县的用电量,而我们的目标是通过颠覆性创新,将之降到20—30兆瓦,难度可想而知”。由此,这次研发具有一定规模的E级计算机原型系统,将充分验证国产核心技术和创新技术的有效性,为实现E级以上规模计算机提供坚实基础。

国家超级计算济南中心表示,神威E级计算机将拥有每秒百亿亿次的数学运算能力,性能将比目前全球最快的超级计算机高出8倍。目前,青岛海洋科学与技术国家实验室、国家超级计算济南中心正联合申请神威E级计算机。一旦获批,这一型号超级计算机有望2020年落户山东。

作为全球第一台运行速度超过十亿亿次/秒的超级计算机,“神威·太湖之光”超级计算机计算能力“运算1分钟相当于200多万台普通电脑的运算能力,也相当于72亿地球人同时用计算器不间断计算32年。”但在潘景山看来,E级计算机的运算速度可达“神威·太湖之光”的8倍多——每秒运算将达到百亿亿次。

潘景山表示,今年,“神威·太湖之光”以近三倍于第二名的运算速度登顶世界超级计算机排行榜,标志着我国超级计算机研制能力达到世界领先水平;中国入榜的超级计算机数量达到167台,超过美国的165台,中国超算上榜总数量也有史以来首次超过美国名列第一;在应用上,中国有三项应用成果入选今年的“戈登贝尔”奖,标志着中国在超算应用上的战略布局已有所收获。

能耗和应用仍是攻关两大难题

应用才是不断刷新的超算技术最终的目标,这也是该项目面临的另一个难题,因为高大上的技术未必一开始就能“舒舒服服”的落地,产业基础必须要好,科研者还要做好对接工作。本次E级计算机原型系统选择落户国家超算济南中心,其中的考虑是:首先要求项目参研单位研制、用好超级计算机,进一步为山东做强山东海洋特色应用提供平台支撑环境;其次,五年前,神威蓝光千万亿次超级计算机就在国家超算济南中心落成,逐步形成“科学计算公益服务 工程计算云平台”服务模式,已在工业设计、海洋科学等十个领域,为500多家单位进行了服务。

从“天河二号”首次登顶世界最快超级计算机宝座开始,中国超算已经斩获全球超级计算机500强榜单的“九连冠”。

超级计算机及其应用是当前发达国家竞相争夺的技术制高点,是国家综合国力和竞争力重要标志,美、日、欧、俄等发达国家纷纷加大投入,并将E级计算机上升为国家战略。专家认为,不久的将来,一套全面配备国产的处理器、高性能网络、存储系统,以及自主设计的系统软件和应用,10倍于当今第一的百亿亿次超级计算机必将面世,它将以更强能力、更高性能、更多存储的特性服务于我国科技创新、经济发展以及国防安全。

“大到现代武器系统研制试验,小到好莱坞特效制作都离不开超算,超算已成为理论和实验之外的第三种科学研究手段,它体现着一个国家的科技综合实力。”中国计算机学会高性能计算专委会秘书长、国家超算济南中心主任张云泉向科技日报记者表示,我国超算虽然起步晚,从局部突破到综合技术领先,从奋力追赶到逐步超越,仅用了15年。不过,现有的超算能力显然不能满足中国庞大的市场需求。

(原载于《科技日报》 2016-11-05 01版)

2016年国家启动三个“E级计算机原型系统”项目,国家“高性能计算”重点研发计划总体组专家介绍,研制E级机引入“神威”(国家并行计算机工程技术研究中心)、“天河”、“曙光”三支超强团队相互竞争,通过赛马机制打造我国自主的E级计算机“利剑”。

这三个项目组在超级计算机研制方面都拥有深厚的技术基础和丰富的研制经验,各家研制单位在存量基础上必须有颠覆性增量创新才能再前进一步。

实现颠覆性增量创新向来不容易,潘景山认为,攻关E级机大家需克服两大难题:“如果用现有技术研制E级计算机,能耗将达到每小时60兆瓦左右,这几乎相当于一个中等县的用电量,能耗太大。”“有人说形容中国超算的性能与应用是‘十车道高速路上跑着很少的车辆’,说法夸张,但如何扩大应用确实是挑战。”

“九连冠”后需冷静,美国或将触底反弹

针对“中国超算”应用能力不足的短板,以全国产为特色的神威E级原型机已经有了不少动作。

2016年国家超算济南中心与国家海洋局第一海洋所获批了E级应用软件项目“海洋环境高性能数值模拟应用软件研制”。后续双方和青岛海洋科学与技术国家实验室一起深度合作,聚焦为山东在国内领先的海洋领域科研团队和业务部门提供大规模可扩展的并行计算服务、大数据服务和智能计算服务,共同研制超大规模可扩展高效率的海洋数值模式软件和海洋应用软件系统,为透明海洋、深海极地、蓝色生命等大科学计划和国家海洋战略提供高效服务。

发力E级应用软件,包含着中国超算人的“良苦用心”,也是“全国产”超算的内在需求。长期以来,“中国超算”重“硬”轻“软”,基础并行环境、基础算法、高性能数学库、操作系统等高性能计算基础与应用软件的发展落后于计算机系统的发展已是不争事实。

潘景山举例道:超算在解决一些问题时通常会用到模型、算法、数学库,但现在常用的基础数学库大部分还是国外的。他认为,造成这一现象的原因有二:一是前期重视不够、投入不足;二是超常规发展只实现了局部突破,全面超越还需要时间。

本次全球TOP500榜单,美国罕见被挤出前三名。张云泉认为,这是美国超算发展的低潮,也可能是触底反弹的开始。他透露:2018年下半年,美国将开始推出全新研制的“北极光”超算,运算速度可以达到180P(P为超级计算机运算单位,意为每秒千万亿次)。所以从2018年到2020年,美国或将重新夺回TOP500的冠军宝座,甚至可能会出现几连冠的情况。

“如果中国按计划造出E级超级计算机后,我们将再拿冠军。”潘景山说。

(科技日报济南6月21日电)

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