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神秘的中国超算:比肩高铁的世界级领先

2019-7-11 15:22| 发布者: 西独欧阳风| 查看: 1005| 评论: 0|原作者: 骆轶琪|来自: 21Tech

摘要: 如今,在新技术架构的窗口期,更快构建超算良性生态系统,寻找新一代计算平台的落地方向,正成为重要课题。这对全世界高性能计算人都意味着新的机会和挑战。

2019年4月,一张类似燃烧中蜂窝煤的照片传遍全世界——这是人类历史上首次得见“黑洞”的真容。

实际上,关于黑洞的照片早在2017年4月历经十余天已拍摄完毕,此后,便是将来自全球8架射电望远镜收集到的数据进行密集运算,其容量达到每晚2PB(1PB=1000TB=1000000GB)。

时针再往前,1997年和2016年发生过两次为人印象深刻的“人机大战”,由IBM开发的“深蓝”和由Google开发的AlphGo最终分别战胜人类大脑,获得围棋比赛的胜利。

执行这些庞大计算的主角有同一个名字——超级计算机

从最早计算容量仅以K为单位,用于科研和国防事业,到如今能够“算天算地算人”,并在世界上排名领先,超算在中国刚好度过了40年

最新发布的全球高性能计算机TOP500排行榜中,来自中国的“神威·太湖之光”和“天河二号”分列三、四位。关于下一代E级计算(1 EFlops,百亿亿次计算,每秒钟 可执行 1018 次双精度浮点计算 )的研发世界竞赛早已开始。

这项被称为“国之重器”的技术,在经历两次国际上的“出口管制”前其实便已开启国产替代步伐,如今,在新技术架构的窗口期,更快构建超算良性生态系统,寻找新一代计算平台的落地方向,正成为重要课题。这对全世界高性能计算人都意味着新的机会和挑战。

中国超算可能是继高铁之后,另一个可以走向世界输送服务的高新技术。”国际超级计算济南中心主任张云泉这样向21Tech说道。

其从无到有的超级计算

在人类文明还没出现文字时,结绳记事作为早期的计数方式,存在过一个漫长的时期。足见计算的历史发展之悠久。不过计算的高速发展,是从近半个世纪以来开始的。

超级计算早期,是以美国IBM公司为代表的时代。

上世纪60年代左右,美国出于国防安全需要开始推动高性能计算的发展,IBM 7030也是在那时候诞生。

在商用侧,IBM介入的领域是人口统计,随着行业技术环境和产业需求的变化,而在此后相继提出“电子商务”、“智慧星球”、“认知商业”等一系列转型概念。

“早期IBM做的计算机,基本就属于超算。”国家超级计算深圳中心主任冯圣中介绍道,实际上超算可以理解为是今天计算机技术的源头。在超算这类大型机应用成功后,才逐步将相应功能下移到PC、手机等更小型化的终端中。

作为第一代超算人,香港大学资讯科技服务助理总监关永强读大学的70年代,压根还没有计算机相关专业。若不是解决工程问题的科研需要,他不会跑到港大电脑中心做兼职。随后的留院任教让他见证了超算从学术界起步探索的阶段。

这也是超算早期发展的两大主要着力点:前沿科研和国防军事。基于此,也令超算中心的主要运营模式为,政府资助支持、国防科研单位主导。

20世纪70年代则开启了全球超算大规模发展的大时代。

早期处于技术领先的是美国公司ControlData和Cray Research,而日本自80年代开启大规模政策补贴和产业支持,一度与美国不相上下。这导致2002-2004年间,日本超级计算机“地球模拟器”曾连续5次夺得全球超级计算机TOP500排行榜桂冠。

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“地球模拟器”,图源:中国天气网

这期间,1978年中国启动首台巨型机“银河-I”研制,并于80年代初正式诞生落地。随着技术架构走向并行计算模式,21世纪开始,全球超算格局开始有了变化。

2010年,由国防科学技术大学研制的中国首台千万亿次超级计算机“天河一号”首次拿下全球超级计算机TOP500第一名;2013-2017年间,中国相关机器持续盘桓在超算榜首位置。

“超算拿第一后,对整个世界的超算生态都会带来影响。这意味着全球地位会提升、合作机会变多、自身水平也会提升。”张云泉向21Tech解释道,比如会提前观察到一些现象或困难,也会带来一些新的科学发现,尤其在综合国力和科学发现实力上,将起到支撑作用。

冯圣中则介绍,在新材料的研发上,超算就发挥着重要作用。“目前超算可能有30%的计算能力都在支持类似材料设计的工作。”他进一步表示,一些看起来“脑洞大开”的需求,比如是否存在支持热缩冷涨的材料、石墨烯等材料的设计应用等,都需要通过超算设备运行发现。

或许也正因如此,在中国的超算发展之路上,曾经历过2次技术挑战。

2015年2月,美国将国家超算长沙中心、国家超算广州中心、国家超算天津中心、国防科学技术大学四家实体列入出口管制“实体清单”,禁止美国企业对其出口相关芯片等产品和技术;

2019年6月,美国商务部又将中科曙光、海光、江南计算技术研究所等五家实体列入出口管制“实体清单”。

目前,我国设立有6个国家级超算中心,主要包括神威、天河、曙光三大体系。2015年被针对的目标正是天河系相关机构。

不过近年来,中国超算系统在国产化替代方面都有不小的进展。如神威系自主研发的申威芯片,天河系自主研发的飞腾系列芯片等,都已相继落地超算设备中。据21Tech了解,其中神威体系的国产化独立研发已历时几十年,业内认为其自主可控做得更为彻底。

如今,超算的应用领域也早已不限于科研和国防,其“算天算地算人”说法的由来,也在于超算可以支持包括气象观测、石油勘探、电影渲染、精准医疗等领域。

应该说,计算历经的百余年来发展,促成了今天我们得见这个庞大又繁复的世界。不止于此,借助如今的超级计算,我们还可以把触角伸向更多想到却碰不到、甚至反常识的领域。


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