“天河三號”E級原型機(jī)
要論當(dāng)今“計(jì)算力”最強(qiáng)的國家，唯有中美兩國夠格。改革開放以來，中國極其重視超級計(jì)算機(jī)研發(fā)，水平不斷攀升。如今，中國常常占據(jù)世界超級計(jì)算機(jī)榜單的“頭把交椅”，“Made in China”的超算機(jī)數(shù)量也遙遙領(lǐng)先其他國家?！般y河”“天河”“神威”“曙光”成了傳奇。
打破“玻璃房子”，開啟逆襲之路
中國的計(jì)算機(jī)事業(yè)起步不算太晚。1958年中國就有了第一臺數(shù)字電子計(jì)算機(jī)。到了上世紀(jì)70年代，天氣預(yù)報(bào)、模擬風(fēng)洞、地震計(jì)算、航空航天設(shè)計(jì)等各領(lǐng)域的需求都指向了高性能計(jì)算機(jī)，但當(dāng)時最強(qiáng)的計(jì)算機(jī)產(chǎn)自美國。1976年，美國率先實(shí)現(xiàn)每秒1億次計(jì)算的機(jī)器，中國差了兩個數(shù)量級。
超級計(jì)算機(jī)可以用于模擬核試驗(yàn)，可以處理衛(wèi)星圖片，也可以用于解密碼。在飛行器設(shè)計(jì)中它也至關(guān)重要，因?yàn)楹芏嗲闆r不能實(shí)測，只能計(jì)算模擬。因而美國對出口超級計(jì)算機(jī)十分謹(jǐn)慎。
在中國超算的發(fā)展歷史上，上世紀(jì)80年代的一件事經(jīng)常被人提起：當(dāng)時，中國石油工業(yè)部物探局重金購買了一臺IBM大型機(jī)，但機(jī)器要放在不得隨便入內(nèi)的玻璃房子里，方便美國24小時監(jiān)控，監(jiān)控日志要定期交美國審查，計(jì)算機(jī)的啟動密碼和機(jī)房鑰匙也要由美國控制。
改革開放后，中國開始研發(fā)超級計(jì)算機(jī)?；蛟S是由于“玻璃房子”事件的刺激，中國在這一行業(yè)的進(jìn)步極其迅猛。
1983年12月，我國第一臺每秒鐘運(yùn)算達(dá)1億次以上的計(jì)算機(jī)——“銀河”研制成功。緊追美日之后，中國開始了超算世界的征程。
“銀河二號”“銀河三號”“銀河四號”接踵而來，算力從每秒1億次上升到1萬億次。中國也成為少數(shù)能發(fā)布5至7天中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的國家之一。中國在1992年還研制成功“曙光一號”超級計(jì)算機(jī)，開辟另一序列。
曾參與“曙光”系列超算機(jī)研發(fā)的歷軍表示，“玻璃房子”的故事激勵了一代中國計(jì)算機(jī)科研人員，為了摘掉這個恥辱的帽子，他們發(fā)奮圖強(qiáng)，開發(fā)自己的超級計(jì)算機(jī)。
歷軍說：“我印象特別深，我們這些科研人員，每天沒日沒夜地干，把計(jì)算機(jī)當(dāng)成自己的孩子，付出自己全部的心血。我們花了近20年時間，終于擺脫了困境?，F(xiàn)在中國的超級計(jì)算機(jī)性能已在全球處于數(shù)一數(shù)二位置，而且在全球的超級計(jì)算機(jī)排行榜上，中國擁有的計(jì)算能力也在逐年提高。”
登上王座，連冠超算舞臺
“銀河”和“曙光”系列雖然成功，但由于它們都屬于向量型計(jì)算機(jī)，有一些限制依然無法突破。并行型計(jì)算機(jī)則被看作是發(fā)展方向，于是中國開始研發(fā)“神威”超級計(jì)算機(jī)，于1999年成功。另外，2002年，聯(lián)想集團(tuán)成功研發(fā)“深騰”。至此，中國最重要的四個系列超算機(jī)都登上了歷史舞臺。
2005年，中國超算機(jī)突破10萬億次/秒；2010年，“天河一號A”代表中國第一次登上了全球超級計(jì)算機(jī)榜首，但優(yōu)勢地位轉(zhuǎn)瞬即逝；2013年“天河二號”稱霸榜首，接著在半年一次的世界超算機(jī)排名戰(zhàn)中，來了個六聯(lián)冠。
但美國媒體曾報(bào)道：盡管上榜的多數(shù)超級計(jì)算機(jī)來自美國之外，多數(shù)實(shí)際上都使用了美國的技術(shù)，例如來自英特爾、AMD和英偉達(dá)的處理器。
在這一背景下，超算崛起的同時，中國也沒有耽誤研制用于超算的CPU。2015年，美國宣布對中國超算機(jī)禁運(yùn)英特爾CPU，然而一年多后，中國人完全自研的“申威26010”CPU就犀利反擊——四萬多個申威CPU支撐的“神威·太湖之光”奪得世界超算榜首。
接著，“神威”來了個“四連冠”。也就是說，從2013年到2017年，超算巔峰始終被中國占據(jù)。不僅如此，2016年度的“戈登·貝爾”獎，被授予“神威·太湖之光”上運(yùn)行的全球大氣非靜力云分辨模擬應(yīng)用，我國高性能計(jì)算應(yīng)用成果在該獎項(xiàng)上實(shí)現(xiàn)了零的突破。機(jī)器大踏步前進(jìn)，應(yīng)用水平也在慢慢跟上。
然而，競爭依然充滿懸念，2018年6月，美國超算機(jī)奪回失落已久的寶座，并在11月摘得冠軍。
但中國優(yōu)勢仍然明顯：全球前500臺超算機(jī)中，中國占227臺，美國為109臺。中國企業(yè)生產(chǎn)了最多的上榜機(jī)器：聯(lián)想以140臺名列冠軍，浪潮以84臺名列亞軍，中科曙光以57臺為季軍，華為制造14臺列第八。
清華大學(xué)教授、國家超算無錫中心主任楊廣文告訴科技日報(bào)記者，中國近些年在研發(fā)超級計(jì)算機(jī)的過程中取得了非常好的成績。中國的大型計(jì)算機(jī)在歐洲等地設(shè)置銷售網(wǎng)絡(luò)和測試中心，并打開北美市場；中國的高性能計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)覆蓋互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)、工程計(jì)算、工業(yè)仿真、氣象海洋、生命科學(xué)、石油物探等領(lǐng)域，正接到越來越多的用戶訂單。
下一個高地，E級計(jì)算機(jī)
如今，國際超算界的注意力，已轉(zhuǎn)向了下一個高地：百億億次級計(jì)算機(jī)，也叫E級計(jì)算機(jī)。中、美、歐、日都在向這一目標(biāo)沖刺。
為了搶占先機(jī)，中國業(yè)已將百億億次（E級）超級計(jì)算機(jī)及其技術(shù)的研制寫進(jìn)了“十三五”規(guī)劃，以期在2020年前后達(dá)成該項(xiàng)宏偉的計(jì)劃。自2016年起，“十三五”規(guī)劃中的高性能計(jì)算專題便已啟動，國防科技大學(xué)、中科曙光和江南計(jì)算技術(shù)研究所同時開展E級超級計(jì)算原型系統(tǒng)的研制，擬通過賽馬機(jī)制推動國產(chǎn)自主E級超算系統(tǒng)發(fā)展，使中國超級計(jì)算機(jī)今后能在全球繼續(xù)保持領(lǐng)先。
2017年初，中國的百億億次超級計(jì)算機(jī)開始研發(fā)原型機(jī)。2018年5月，“天河三號”原型機(jī)公布，成為全球最先發(fā)布的同類機(jī)器；8月，“神威”E級超級計(jì)算機(jī)原型機(jī)發(fā)布；曙光也發(fā)布了原型機(jī)。中國的“三駕馬車”領(lǐng)跑全球。
根據(jù)公布的信息，這三款原型機(jī)的CPU、架構(gòu)和冷卻等技術(shù)各不相同。估計(jì)在2020年到2022年間，中國的E級機(jī)很可能問世。而美國計(jì)劃安裝在阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的E級超算機(jī)也在加緊研制，計(jì)劃2021年建成。
超級計(jì)算機(jī)另一個重要指標(biāo)是耗能。有專家指出，按照目前超算機(jī)的水準(zhǔn)，隨著超算機(jī)用于各個方面，總有一天需電量會超過發(fā)電量。
美國和日本在節(jié)能上做得比較好，而中國超算機(jī)也在趨向于高效。兩臺由中科曙光開發(fā)的超算機(jī)，進(jìn)入了按能效排名的“綠色超算”前10名。而聯(lián)想公司的水冷技術(shù)比傳統(tǒng)氣冷技術(shù)節(jié)電45%，已應(yīng)用在全球前十的超級計(jì)算機(jī)上。超導(dǎo)計(jì)算機(jī)也成為中國科研人員感興趣的方向。
探索原子核與黑洞的奧秘、模擬化學(xué)反應(yīng)過程以及制藥、設(shè)計(jì)橋梁、勘探石油……支撐各行各業(yè)的是永不止步的算力升級。在超算應(yīng)用比較多的制造業(yè)和基礎(chǔ)科研等領(lǐng)域，美國等國的大部分應(yīng)用軟件還占有絕對的優(yōu)勢。超算軟件開發(fā)的周期動輒需要二三十年，要經(jīng)歷科學(xué)問題建模、網(wǎng)格劃分、求解數(shù)學(xué)方程、算法設(shè)計(jì)、運(yùn)行驗(yàn)證等一系列流程，還牽涉到多種學(xué)科，因此也是中國超級計(jì)算機(jī)事業(yè)無可回避的下一個挑戰(zhàn)。
