“神威·太湖之光”超級計算機(jī)。資料圖片

“運(yùn)算1分鐘相當(dāng)于72億地球人同時用計算器不間斷計算32年”“相當(dāng)于200多萬臺普通電腦”，這是對目前世界上最快的超級計算機(jī)——我國“神威·太湖之光”超級計算機(jī)計算能力的形容。這是全球第一臺運(yùn)行速度超過10億億次/秒的超級計算機(jī)。國際TOP500組織在德國法蘭克福舉行的“2016世界超算大會”上，宣布其為2016年的世界冠軍。在今年6月19日的“2017世界超算大會”上，“神威·太湖之光”再次奪冠，“天河二號”名列第二，這是兩臺機(jī)器第三次聯(lián)手占據(jù)榜單前兩名位置。

而更快的E級——每秒計算百億億次的超級計算機(jī)，有望在2020年左右推出，“神威”“曙光”“天河”等系列超級計算機(jī)的研究團(tuán)隊正在加緊研制E級機(jī)。

國家持續(xù)投入 20年超常規(guī)發(fā)展

“我國的‘超算’確實是走過了一條超常規(guī)發(fā)展之路。按照國際常規(guī)，20年計算速度提高100萬倍，而我們在過去20年里，‘超算’運(yùn)行速度提高了5000多萬倍。”錢德沛教授說。他是國家863計劃“高效能計算機(jī)及應(yīng)用服務(wù)環(huán)境”重大項目總體專家組組長，已連續(xù)15年擔(dān)任3個“超算”重大專項的負(fù)責(zé)人。

863計劃的“超算”事業(yè)起步于上世紀(jì)90年代初。超級計算機(jī)后來被列入《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》中，計劃到2020年達(dá)到千萬億次計算能力。

“現(xiàn)在回頭看，當(dāng)時的目標(biāo)保守了，千萬億次我們2010年就達(dá)到了。”錢德沛回憶，當(dāng)時對于“超算”的發(fā)展路徑還有一些爭議。在這一階段，國家增加了項目經(jīng)費(fèi)投入，從最初的6.4億元增加到9.3億元。

我國“超算”取得的成就引起了國際重視，2011年“世界超算大會”上，錢德沛受邀作特邀報告，這也是中國人第一次被“世界超算大會”邀請作大會報告。

“高效能計算機(jī)及應(yīng)用服務(wù)環(huán)境”是從2011年開始的第三個863重大項目，從這個重大項目的名稱看，更加強(qiáng)調(diào)應(yīng)用。項目實施期正處于“十二五”計劃期間，我國“超算”的計算速度又提高了近50倍，“天河二號”“神威·太湖之光”相繼成為世界上最快的計算機(jī)。

總結(jié)我國“超算”的發(fā)展之路，錢德沛認(rèn)為，這是國家持續(xù)支持的成果，首先在國家層面優(yōu)先發(fā)展，持續(xù)投入，集中力量辦大事，中央、地方政府、應(yīng)用部門多渠道支持；其次，也是科技界團(tuán)結(jié)協(xié)作的結(jié)果。

“其實，我們在‘超算’領(lǐng)域的投入還是比較少的，有些環(huán)節(jié)，5年得到的項目經(jīng)費(fèi)投入也才100萬元。在有限經(jīng)費(fèi)條件下，我們強(qiáng)調(diào)協(xié)調(diào)發(fā)展，走了一條不同于歐美‘超算’發(fā)展的道路。”錢德沛說。

被卡脖子 走出自主可控之路

就在我國“超算”奔跑在快速路上時，遇到了新問題——美國芯片禁運(yùn)。

2015年2月，美國商務(wù)部將我國國家超級計算長沙中心、國家超級計算廣州中心、國家超級計算天津中心和國防科技大學(xué)四家機(jī)構(gòu)列入芯片限售之列，而這些機(jī)器使用的是英特爾微處理器芯片。當(dāng)時，作為世界上運(yùn)行最快的計算機(jī)，“天河二號”連續(xù)拿下了“四連冠”。

“美國是感覺到了某種威脅，害怕我國一直占據(jù)超級計算機(jī)性能的世界冠軍位置?！敝袊嬎銠C(jī)學(xué)會高性能計算專業(yè)委員會秘書長、中科院研究員張云泉當(dāng)時在接受中國青年報·中青在線記者采訪時，首先點(diǎn)到了美國的“痛處”，因為在此之前，美國、日本等國一直處于“超算”領(lǐng)域領(lǐng)先位置，“我們進(jìn)步雖快，但也暴露了一個問題，就是我們一直忽略核心處理器的自主化，隨時會被人卡脖子”。

國防科技大學(xué)教授、時任天河二號系統(tǒng)主任設(shè)計師盧宇彤隨后明確表示，天河二號系統(tǒng)的100P系統(tǒng)升級目標(biāo)不會變，時間也在可控的范圍內(nèi)。

“禁運(yùn)促進(jìn)了我們在‘超算’領(lǐng)域的自主研發(fā)。”錢德沛在接受中國青年報·中青在線記者采訪時說。

禁運(yùn)第二年，安裝在國家超級計算無錫中心的“神威·太湖之光”登頂世界冠軍。除了運(yùn)行速度引人矚目，全面采用國產(chǎn)眾核芯片“申威”和操作系統(tǒng)，軟硬件完全國產(chǎn)化，這更激揚(yáng)了國人志氣。

“十三五”期間，“高性能計算”國家重點(diǎn)研發(fā)專項啟動， 研制成功百億億次級(E級)計算機(jī)是重要目標(biāo)。

“E級計算機(jī)的方案中，自主可控是首要的，而能耗、應(yīng)用性能、可編程性、可靠性等，都是我們面臨的重大技術(shù)挑戰(zhàn)?！卞X德沛說，“從目前看，3個驗證系統(tǒng)各有特點(diǎn)，采取不同的技術(shù)路線。但目前還沒有形成完全可行的E級計算機(jī)的技術(shù)方案，需要繼續(xù)探索。

在自主可控之路上，一批年輕科學(xué)家脫穎而出。張云泉被山東省政府彈性引進(jìn)，任國家超級計算濟(jì)南中心主任。盧宇彤任國家超級計算廣州中心主任。一批70后、80后科學(xué)家，成為我國“超算”領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)跑者。

計算惠民 要做“超算”強(qiáng)國

張云泉介紹，將落戶青島的E級計算機(jī)，是由國家超算濟(jì)南中心、青島海洋國家實驗室、國家并行計算機(jī)工程技術(shù)研究中心聯(lián)合申請的國家科技部重大項目，是國家實驗室重大需求驅(qū)動下的“超算”研制的首次嘗試。

“我們一是要支持國家重大科技創(chuàng)新和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，二是要服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。過去是機(jī)器牽引需求，現(xiàn)在變?yōu)樾枨篁?qū)動計算?！睆堅迫榻B，濟(jì)南超算中心提出要“頂天”也要“立地”，作為政府主導(dǎo)的超算中心，應(yīng)用多元化，既有高端計算也要惠民。

2016年11月，基于“神威·太湖之光”的一個應(yīng)用項目獲得了有著“超算應(yīng)用諾獎”之稱的戈登貝爾獎，這是我國首次獲此殊榮。在最終入圍的6個項目中有3個是我國的，都是基于“神威·太湖之光”超級計算機(jī)的應(yīng)用。

“但是，我們依舊不是‘超算’強(qiáng)國，離強(qiáng)國之路還很遠(yuǎn)?！卞X德沛分析，雖然在國際TOP500強(qiáng)排行榜上，我國超級計算機(jī)上榜的數(shù)量與美國相當(dāng)，“可是這不能代表我們的水平，因為大部分是互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的機(jī)器，而不是以‘超算’為目的建立的系統(tǒng)”。

錢德沛強(qiáng)調(diào)，排名不是我們發(fā)展“超算”的根本目的，促進(jìn)大規(guī)模應(yīng)用、解決國家面臨的挑戰(zhàn)性問題、帶動中國計算機(jī)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，才是我們的目的。具體來說，要提高高校、科研院所運(yùn)用“超算”進(jìn)行研究、提高企業(yè)利用“超算”解決問題的比例，提高計算的普及程度。

“現(xiàn)在超級計算機(jī)發(fā)展進(jìn)入一個常態(tài)階段，不可能長期像過去20年那樣超常規(guī)發(fā)展。我們要抓緊建立起中國高性能計算發(fā)展的生態(tài)環(huán)境?！卞X德沛說。