中國超算支撐關鍵產業實現跨越式發展 應用為先支撐創新

作為國家重大科研基礎設施，超級計算機是真正意義上的“大國重器”。當前，我國超算事業已走過了40余年的發展歷程，不但實現了自主創新的諸多“第一”突破，而且接連幾代超算還登上了世界速度巔峰。隨著根基逐漸打牢，我國超算事業上接天氣、下接地氣，加快服務于產業創新，正在構建起產業發展的核心支撐力。

從“銀河”的歷史性突破，到“天河”“神威”等一系列超級計算機向世界展現“中國速度”，過去40年，依托國家級超算中心建設，在國家和地方的協同支持下，中國超算事業發展進入了快車道，支撐著諸多產業實現發展突破。

超算中心星羅棋布

前不久，中科曙光、天津海光、成都海光集成電路、成都海光微電子技術和無錫江南計算技術研究所5家機構被美國商務部列入所謂“實體清單”。中科曙光與江南計算技術研究所正是兩家E級超算原型機的研制方。

我國超算事業尤其是E級超算研發是否會就此停滯?這是外界最為關心的話題。相關專家向記者透露，一方面，我國超算事業正在形成整體發展優勢，不會因為個別企業被封鎖就陷入困境;另一方面，加快自主創新早已成為超算業界發展的共識，獨立研制E級超算已經在進行中。

回顧這些年發展歷程，我國超算事業從無到有，當前更進一步向著超算大國、強國不斷邁進。截至目前，我國先后在天津、長沙、廣州等地建成6家國家級超算中心，為創新驅動發展提供了新動能。

早在2009年5月，科技部批準成立國家超級計算天津中心，隨后又批準成立了深圳、濟南、長沙、廣州、無錫國家級超算中心。“天河一號”“神威藍光”“曙光星云”“天河二號”“神威·太湖之光”等一批超級計算機在這些國家級超算中心完成部署和應用，開創了中國自主超級計算技術創新與產業化的跨越式發展新歷程。

位于天津開發區的國家超算天津中心成立最早，這里部署著我國首臺千萬億次超算“天河一號”。天津濱海新區區委書記張玉卓表示，自2008年濱海新區與國防科技大學簽署全面科技合作協議以來，雙方走出了一條軍民融合發展創新之路，“‘天河一號’不但廣泛應用于經濟、科技等諸多領域，而且為科技創新產業發展提供了有力支撐。”

國防科大副校長黎湘說，圍繞超級計算技術創新成果轉化，天津逐步建立起從高性能芯片、自主操作系統、高性能服務器、數據庫等較為完善的自主信息產業，成為高端信息技術創新、轉化和引領的示范基地。

從“銀河”的歷史性突破，到“天河”“神威”等一系列超級計算機在世界范圍內叫響“中國速度”的品牌，過去40年是中國超算事業不斷突破的40年。在實踐中，依托國家級超算中心建設，在國家和地方的協同支持下，中國超算事業發展進入了快車道。

“超級計算機已成為體現國家創新能力的國之利器。”科技部高新司副司長梅建平表示，我國將研究建設完善國家超算基礎設施，從全國一盤棋來設計和整體布局，支持在重點區域建設國家級超算中心，“希望這些超算中心連接起來，成為真正的國家超算網絡，形成全國超算資源共享的新格局。”

應用為先支撐創新

與歐美超級計算機大都安置在重點實驗室，主要服務于學術機構及高校不同，我國超算“開門”搞科研，注重加快技術創新與應用創新的深度融合，攻關重大應用領域，鍛造產業發展不可或缺的“國之利器”。

安置在國家超算天津中心的“天河一號”是應用的典范。該中心主任劉光明介紹，“天河一號”不但支撐著諸多產業實現發展突破，而且構建起了它們的核心支撐力。

走進“天河一號”機房可以看到，140個黑色機柜分多列排開，指示燈有規律地閃爍。國家超算天津中心應用研發部部長孟祥飛介紹說，“天河一號”如今實現滿負荷運行，每天并發在線計算任務數超過1400項，做到了真正的“中看又中用”。

“天河一號”已應用10年，是世界上連續穩定運行時間最長的超級計算機。它在“算天”“算地”“算人”上持續服務于航空航天、氣象預報、宇宙演化模擬、抗震分析等科研創新。每天服務8000多個科研計算任務，累計支持國家科技重大專項和研發計劃等超過1600項，為石油資源開發、裝備制造、生物醫藥等行業企業累計帶來經濟效益近百億元。

在高端裝備領域，支撐海洋裝備、無人機等進行數值模擬;在生物醫藥領域，支撐艾滋病、胰島素等自主知識產權新藥的研發并獲得重大突破;在新材料研發領域，支持200多個從事納米、儲能、超導等新材料的科研團隊開展計算模擬研究。

中石油東方物探研發中心高級工程師陳繼紅說，基于“天河”平臺，以自主高性能勘探數據處理軟件系統為支撐，有力推動物探開展，保障了國家能源安全。

黎湘表示，社會在不斷進步的同時，仍然面臨許多重大挑戰，這些挑戰包括能源、全球氣候變化、海洋環境、疾病治療等，“解決這些挑戰，我們需要超級計算機。”梅建平也認為，以國家超算天津中心為代表的國家級超算中心、超級計算的研制單位和應用單位，推動中國科技創新的整體發展。超算正日益成為驅動創新，尤其是大型企業產業創新的關鍵力量。

星辰大海再赴征程

近年來，E級超算成為各國在超算領域追逐的新目標。美國能源部已委托英特爾和克雷公司，共同建造美國首臺E級超算，交付時間在2021年左右;歐盟預計于2022年到2023年交付首臺E級超算;日本發展E級超算的“旗艦2020計劃”由日本理化所主導，完成時間設定在2020年。

“它將是現有超算性能上的一次巨大飛躍。”孟祥飛說，E級超級計算機有望在氣候科學、可再生能源、基因組學、天體物理學以及人工智能等領域“大顯身手”，協助解決目前無法解決的難題，被公認為“超算界的下一頂皇冠”。

也正因為此，一旦率先研發出E級超算，不但將摘取世界超算桂冠，而且作為一項科研領域重大基礎設施，將對諸多尖端領域產生重大且深遠的影響。

我國在E級超算領域早已起航。2018年7月，自主研發的“天河三號”E級原型機在國家超算天津中心完成研制部署并通過驗收。劉光明預計，整機在2021年左右完成研制，屆時運算能力將比“天河一號”提高200倍以上，實現跨越式提升。

在“天河三號”E級原型機系統項目實施中，科研團隊專門自主設計了三款芯片：“邁創”眾核處理器(Matrix-2000+)、高速互連控制器、互連接口控制器;自主設計了四類計算、存儲和服務結點，十余種印制電路板，核心關鍵技術上實現整體自主可控。

原型機系統研制成功后，該中心隨即啟動了大規模的計算應用測試，用數據說話。孟祥飛說，測試涉及國家12個重大創新專項領域、數十個國家重點研發計劃。在不到一個月的時間里，多個中科院旗下院所以及中國空氣動力研究與發展中心、北京臨近空間飛行器系統工程研究所、清華大學等30余家合作單位輪番上陣，馬不停蹄利用原型機開展一系列大規模并行應用測試，涉及大飛機、航天器、新型發動機、新型反應堆、電磁仿真、新材料新能源、氣候氣象、生物醫藥等領域50余款自主研發高性能軟件和大型開源軟件。測試下的原型機實力不俗。僅6個機柜就達到了與“天河一號”120個機柜相當的計算能力。

石油勘探是超算應用的主要領域之一，稱得上“找油”利器。在原型機上的石油勘探地震正演模擬測試表明，其計算節點中一個核組的性能就達到“天河一號”單節點的1.24倍，而原型機每個節點有12個這樣的核組組成，“找油”更快更準。孟祥飛稱，這說明“天河三號”E級原型機相比“天河一號”具有更好的高速互聯網絡，通信性能優勢明顯。

緊隨其后，神威E級原型機在國家超級計算濟南中心完成部署。山東省計算中心主任楊美紅表示，原型機的成功研制對E級計算機研制方案和技術路線進行了全面系統驗證，為E級計算機的研制成功鋪平了道路。此外，由中科曙光牽頭的曙光E級原型機系統也已完成。

從世界各國研發設定的時間節點看，E級超算均預計在2020年至2022年推出，因此今年正是E級超算研發的關鍵沖刺年。基于自主創新的中國E級超算將沿著前人的足跡，繼續夯實根基、加快步伐，向著全新的世界速度之巔發起沖鋒。