超级计算机“超级”在哪？| 新时代·新本领

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▲带您探访国家超级计算天津中心

　　位于天津市滨海新区的天河科技园高楼林立，宽敞明亮的大道上车流不息。园区信环西路上，矗立着一幢橘红色大楼，外墙上“天河”两个大字格外醒目。

国家超级计算天津中心大楼

　　这里就是由科技部批准成立，天津滨海新区和国防科技大学共同建设的国家超级计算天津中心。中国首台取得世界第一的超级计算机“天河一号”、新一代百亿亿次超级计算机“天河三号”原型机系统，即“安家”于此。

国家超级计算天津中心

　　超级计算机，顾名思义，是功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机，多用于国家高科技领域和尖端技术研究，是一国科研实力和综合国力的重要象征。

　　超级计算机“超级”在哪？有哪些重要用途？未来我国超级计算机发展方向是什么……带着这些问题，我们带您走进国家超级计算天津中心，一探究竟。

“中国首台取得世界第一的超级计算机”

部署在国家超级计算天津中心的“天河一号”超级计算机

　　走进国家超级计算天津中心一楼的机房，映入眼帘的是100余个一人高的灰色机柜，耳边传来低沉的“嗡嗡嗡”运转声。中国首台千万亿次超级计算机“天河一号”正在高速运转。

　　“‘天河一号’由国防科技大学与滨海新区于2010年9月联合研制成功，具有超强的运算能力，持续速度达每秒2566万亿次浮点运算、峰值速度4700万亿次。”国家超级计算天津中心应用研发部副部长菅晓东向我们介绍：“这是什么概念？如果做个换算对比，‘天河一号’运算１小时，相当于全国13亿人同时计算340年以上。”

　　除了速度，“天河一号”还有诸多突破性创新。比如“天河一号”在国内首次创新性地采用了异构体系架构。“CPU（中央处理器）加GPU（图形处理器）的异构协同并行处理技术是中国科研人员的创新，引领了世界超算技术的潮流。”专家介绍，在“天河一号”之前，超算中采用该技术的并不多见。

　　中国自主研制的超算高速互联通信系统也是其优势所在。“天河一号”内数万个CPU和GPU通过该系统实现数据交换，相当于编织起了庞大、高效的神经网络。

　　还有两项创新分别来自硬件和软件领域，即配备了自主研制的飞腾CPU芯片及麒麟操作系统。

2010年11月，“天河一号”荣登世界超级计算机500强榜单第一名

　　凭借优异性能，2010年11月，“天河一号”荣登世界超级计算机500强榜单第一名，让中国人首次站到了超级计算机的全球最高领奖台上。

　　全球超级计算机500强榜单，由美国和德国超算专家联合编制，每半年发布一期，是给全球已安装的超级计算机排座次的知名排行榜。在2002年以前，难寻中国计算机的身影。当时前三名基本上被美、日、欧三家占据，形成超级计算机的第一梯队。

国家超级计算天津中心工作人员24小时监控“天河一号”运行情况

　　“‘天河一号’当时夺冠，意义非凡。在这之前，国内在超算领域从没拿过第一。”国家超级计算天津中心副主任阎伟回忆起当年情景仍难掩激动：“这就好比奥运比赛中许海峰的第一枪（第一枚金牌）。”

　　谈起中国超级计算机的“赶超”历史，有很多故事。1976年，美国成功研制出世界上第一台超级计算机Cray-I（克雷）。1978年，中国也开启了研制超级计算机的步伐。但由于研发设计的基础非常薄弱、制造能力也有限，长期以来我们的超级计算机研制都处在一个“跟跑”状态。

　　“为了这口气，拼了命也得加油干出来！”得益于制度优势，随着改革开放以来中国经济社会的快速发展，特别是人才、技术的不断累积，中国在超算领域进步很快。

　　“我国在1983年研制成功国内第一台巨型计算机，叫作‘银河’一代。‘天河一号’实际上是‘银河’六代巨型计算机。因为“银河”部署在天津用于民用，是‘银河’加‘天津’的融合，因此起名为‘天河’。”阎伟说。

　　时间来到2009年，科技部批准成立国家超级计算天津中心，正式揭开了我国超算快速发展的大幕。目前，加上后来陆续成立的深圳中心、济南中心、长沙中心、广州中心和无锡中心，全国一共有6家国家级超算中心。

　　继2010年“天河一号”首次拿下全球榜单冠军后，2013年6月广州中心“天河二号”和2016年6月无锡中心“神威·太湖之光”先后登场，中国超算快速崛起并连续“霸榜”5年，令世界瞩目。

“更快的运算速度，最终目的是为了应用”

　　国家超级计算天津中心在二楼专门辟有展厅，通过背板、实物、影像等形式展示了“天河一号”的应用领域和相关研究成果。

国家超级计算天津中心副主任阎伟介绍“天河一号”应用情况

　　谈起近年来“天河一号”在应用领域取得的累累硕果，阎伟有说不完的话题。在他看来，“超级计算机不是为了快而快，更快的运算速度，最终目的是为了应用”。

　　据介绍，目前，“天河一号”已经实现满负荷运行，每天并发在线的运行任务达到1400多项，用户涵盖油气勘探、高端装备制造、药物研发、雾霾预警预报等领域的重点科研机构、企业、政府近1600家。

　　“听起来很抽象、很高大上，其实，这些离我们的生活都不远。”以雾霾预警为例，国家超级计算天津中心与中国气象局气象科学研究院等单位合作，构建了自动化实时雾霾预警预报系统，通过对污染源、区域污染数据的精确分析，为未来雾霾治理提供预警及解决方案。“过去雾霾预报最高网格精度为50公里左右，现在，我们只需要2-3小时就能算出最长时效预报5天的数值预报，并且实现雾霾预报最高网格精度2-3公里，大大提高了预报的精准性。”国家超级计算天津中心工作人员向我们介绍。

超级计算机在仿真领域应用广泛

　　超级计算机在仿真领域的应用也非常广泛。“以前在做新产品研发的时候，要做很多的实物实验。现在这些实验都可以由超级计算机的仿真来代替。而且超级计算机还可以仿真出一些现实中不可能做的实物实验，例如极端气候条件下的实验等。”阎伟说。

　　“我们和天津汽车模具股份有限公司合作，在企业内就可以流畅地远程操作中心的天河一号，实时下载和查看仿真结果。”阎伟继续介绍，这样就将超算融入制造业实际生产中，与先进的数控设备相配合，实现了高速、高精度、无图无人化加工，服务天津先进制造业的高质量发展。

　　此外，超级计算机还参与探索人类大脑的秘密、破解人类基因密码。在国内的全脑三维成像领域，基于“天河一号”的超级计算能力和并行处理技术，已实现150倍以上的速度提升。原来一次鼠类全脑成像数据处理需要5-7天，现在1-2个小时就可完成。

　　目前，国家超级计算天津中心实现了超级计算、人工智能、云计算、大数据、物联网的五大融合。在“天河一号”的带动下，已经有越来越多的大数据、云计算企业在周边落户，形成高端信息技术产业聚集。

　　2017年4月，以国家超级计算天津中心和“天河”超级计算..为依托的天河科技园正式揭牌，构建起信息技术创新创业基地和军民融合产业聚集区。

　“新一代百亿亿次超级计算机来袭，运算能力快过‘天河一号’200倍”

　　今年6月25日，新一期全球超级计算机500强榜单发布，美国超级计算机“顶点”超过中国的“神威·太湖之光”名列第一，这是美国超级计算机多年后重回榜首。而11月12日最新发布的一期榜单显示，“顶点”蝉联冠军。中国超算上榜总数仍居第一，“神威·太湖之光”和“天河二号”分别位列第三、四名。

　　众多国人开始关心，中国超级计算机如何应对？

　　实际上，我们在超算领域始终步履不停。7月26日，“天河三号”E级原型机在国家超级计算天津中心完成部署并通过项目课题验收。其后，神威E级原型机系统、曙光E级原型机系统相继亮相。截至目前，国家“十三五”规划的3个E级超算原型机全部完成交付。

部署在国家超级计算天津中心的“天河三号”E级原型机

　　E级超算是指每秒可进行百亿亿次数学运算的超级计算机，被全世界公认为“超级计算机界的下一顶皇冠”，它将在解决人类共同面临的能源危机、污染和气候变化等重大问题上发挥巨大作用。目前，中、美、欧、日等都在向这个目标全力冲刺。

　　那么，原型机又是什么概念？

　　“原型机，就是工程开发中的试验系统。”菅晓东表示，E级原型机系统的研制成功可以验证一些关键的技术设想，对关键技术难点进行测试和改进，为今后建造整机系统提供指导，避免出现大的技术错误和难题。

　　在原型样机系统基础上，“天河三号”超级计算机整机系统最终有望于2020年研制成功。届时，其运算能力将比“天河一号”提高200倍，存储容量提高100倍。

国家超级计算天津中心用研发部副部长菅晓东（左）介绍“天河三号”E级原型机情况

　　在国家超级计算天津中心，我们得以一睹“天河三号”E级原型机“真容”：它通身黑色，每组机柜高2米左右，机身上嵌有两条醒目的蓝绿彩条，整体科技感十足。

　　“相比上一代超级计算机，‘天河三号’将是一个划时代的先进技术作品。它在计算密度、单块计算芯片计算能力、内部数据通信速率等方面，都会有全面的提升。”菅晓东介绍。

　　更重要的是，“天河三号”将在核心关键技术上实现整体自主可控，打造出具备自主芯片、自主操作系统、自主运行计算环境的新一代百亿亿次超级计算机。

　　“只有坚定走自主研发的道路，才能让自己变得更强。”这是采访中众多超算科研人员的心声。新时代新气象新作为，他们还将继续攻坚，再攀新高峰，研制出技术更加先进、应用更加广泛的“最强大脑”，不辱时代使命！（中央纪委国家监委网站 兰琳宗 陈斯阳 丨摄影 何沛霖）