“坐地日行八萬里,巡天遙看一千河。”作為我國首臺千萬億次超級計算機,“天河一號”在問鼎世界超算之最后并沒有停下腳步,將產學研結合樹立為新方向,成為多個產業領域的核心競爭力。

如今,依托“天河一號”班底,新一代國產百億億次超算“天河三號”的研制已經啟航。

“無限風光在險峰”

自主創新問鼎世界高峰

新春伊始,記者走進位于天津開發區泰達服務外包園內的“天河一號”機房,140余個黑色的計算機柜整齊排列,發出低沉的“嗡嗡”運轉聲。就是在這看似普通的機房里,曾經成就了中國超算首次問鼎世界超算桂冠的榮耀,凝聚著幾代“超算人”的心血與汗水。

國家超算天津中心主任劉光明說,作為世界上曾經運算速度最快的超級計算機,“天河一號”最突出的特點在于其超強的運算能力,持續速度每秒2570萬億次浮點運算、峰值速度4700萬億次。“天河一號”運算1小時,相當于全國13億人同時計算340年以上。更難能可貴的是,它在諸多領域實現了創新突破,叫響了“中國創造”的品牌。

“天河一號”在國內首次創新性地采用了異構體系架構。劉光明介紹,在最近的世界超算TOP500榜單上,世界上最快的超算中有近半采用該技術,這是中國科學家對世界超算技術的重要貢獻,引領了超算技術的潮流。

由中國自主研制的超算高速互聯通信系統也是其優勢所在。劉光明介紹,“天河一號”內數萬個CPU和GPU通過該系統實現信息交換,相當于編織起了龐大、高效的神經網絡。該系統的通信能力是當時美國主流商業芯片的兩倍。

還有兩項創新分別來自硬件和軟件領域,即配備了自主研制的飛騰CPU芯片及麒麟操作系統,兩項創新均出自國防科技大學。

國家超算天津中心應用研發部部長孟祥飛說,“天河一號”上配置的部分飛騰CPU已經證明了其性能,升級版飛騰CPU目前又運用到了“天河二號”中,助力其運算速度再次榮膺世界桂冠。麒麟操作系統是目前中國國產安全等級最高的操作系統,其對其他軟件的包容性和易用性也已經在“天河一號”上得到了證明。尤其是飛騰CPU數量約占全部CPU的七分之一,且經過多年運行看性能良好。這為我國關鍵芯片的國產化之路奠定了堅實的基礎。

“待到山花爛漫時”

攻堅克難打造國之重器

超級計算機是世界高端信息技術領域的戰略制高點,也是體現科技競爭力和綜合國力的重要標志。“天河一號”的出現,打破了國外在高性能計算核心領域的技術封鎖和限制政策,為解決我國經濟、國防、科技等領域的挑戰性問題提供了重要手段。

“天河一號”系統在2010年第36屆世界超級計算機500強排行榜上名列榜首。“這一刻,中國人等了20多年!”回首往事,劉光明至今激動不已。

他說,2010年受邀參加在美國新奧爾良舉行的全球超級計算機500強排行榜正式公布和頒獎儀式時,有外國人曾對中國產的超級計算機摘取世界桂冠感到非常驚訝,而這一席位過去幾乎都被美國所占據。

讓劉光明更為揚眉吐氣的是,當中國研制的“神威太湖之光”“天河二號”接踵登頂世界超算高峰時,國外科學界已經習以為常。

深圳華大基因研究院曾代表我國參與“國際千人基因組計劃”。院長汪建說,不斷涌現的海量數據成為“基因組學”進一步發展的瓶頸,而高性能計算機為這一領域帶來了曙光。使用“天河一號”,過去要一年才能完成的500人基因信息關聯性分析,現在只需三個多小時,對于提升我國的綜合國力具有重要意義。

基于“天河一號”超級計算機的自主核心技術的國際影響,歐盟主動與天津超算中心開展了高性能計算技術的項目合作,共同研討未來超級計算機及應用技術的發展,為下一代超級計算技術研發提供指導。

劉光明指出,超算的核心技術是高端信息技術的制高點,它包括了CPU設計、超大規模集成電路設計、操作系統等,是一項牽牛鼻子的科研工作,可帶動高端信息技術創新和應用創新以及其他學科研究的全面快速和持續發展。

“風物長宜放眼量”

廣泛應用再譜超算新章

“天河一號”成為目前世界上獲得廣泛應用的超級計算機。這一點,致力于應用對接的天津濱海服務外包產業有限公司總經理閻偉感觸最深。

閻偉喜歡將“天河一號”稱為“中國科技界的奧運冠軍”。“從它開始,中國的科技創新逐漸由追隨向引領轉變,在應用上更是突破了人們對超算認識的局限。”國外超算應用往往只針對某幾個領域,“天河一號”則覆蓋了高性能計算的各個領域,包括石油物探、基因測序、裝備制造等,力求在產學研結合中,讓國之重器成為服務于經濟發展的國之利器。

去年入冬以來,全國大范圍、長時間的霧霾天氣成為社會關注焦點。在國家超算天津中心,研究人員們與中國氣象局等單位合作,正致力于利用“天河一號”開展霧霾天預警預報。孟祥飛說,只需2個多小時就能算出最長未來5天的預報數值,最高網格精度達2到3公里。

目前,“天河一號”已經滿負荷運行,每天運行的計算任務超過1400個,每天有千余個科研團隊借助天河一號開展科研工作。經過多年努力,“天河一號”實現了支撐國家重大科技項目與商業化應用的有機結合,對外服務主要聚焦在了“算天、算地、算人”上:

——“算天”:計算分析大型飛機外形的空氣動力特性;研究全球氣候變化,實時預報氣象;對天體的演變進行建模和理論試驗。

——“算地”:研發我國自主的石油地震勘探數據分析核心軟件,將地下成像數據處理速度由過去的30天提高到16小時。

——“算人”:中心與華大基因合作,破解人類“基因組學”研究中面臨的海量數據存儲和處理的技術瓶頸;軍事醫學科學院、上海藥物所等用它開展糖尿病、癲癇等新型治療藥物的研發。

劉光明說,“十三五”期間,中心計劃研制中國新一代百億億次超級計算機。該中心同國防科技大學聯合開展的我國新一代百億億次超級計算機樣機研制工作已經啟動,預計今年底至2018年初完成。根據規劃,它的浮點計算處理能力將達到10的18次方,是現在“天河一號”超算的200倍。(楊維成、李靖、毛振華)