國家超級計算機應用中心是坐落在厄巴納市尚佩恩縣(Urbana-Champaign )的伊利諾伊大學的一個研究中心。NCSA 作為美國國家科學基金會(National Science Foundation)的一部分，成立于1985 年，以NCSA Mosaic(第一個圖形Web 瀏覽器)和NSCA Telnet (常用的遠程控制Web服務器的方法)而聞名。

國家超級計算應用中心(National Center for Supercomputing Applications，NCSA)是美國國家科學基金會按照其超級計算機中心計劃最早設立的四個個中心之一(另外三個是圣地亞哥超級計算機中心、匹茲堡超級計算機中心和新近成立的德州高級計算機中心。)，它是伊利諾伊大學香檳(尚佩恩縣)分校的一部分。1983年該校的電腦系的一個由拉雷·斯馬爾領導的小組向國家科學基金會交遞了一份未經批準的建議。1985年國家科學基金會宣布出錢設立國家超級電腦應用中心。1986年1月該中心的首臺超級電腦啟用。一開始國家超級計算應用中心的職工的辦公室分布在伊利諾伊大學香檳分校的各地，主要在貝克曼研究所的建筑中，后來才建造了一座新建筑，將所有部門集中到了這座新建筑中。這座新建筑位于校園的本部，而中心的超級電腦則依然放在該校高級計算中心的建筑中。國家超級計算應用中心與其它大學、高等院校、政府機關、私有公司、社群和學校合作來發(fā)現能夠對這些機構有益的虛擬信息基礎設施。它獲得國家科學基金會、伊利諾伊州、伊利諾伊大學、工業(yè)界和其它聯(lián)邦機構的資助。廣義地說國家超級計算應用中心有提供虛擬信息資源、設置虛擬信息環(huán)境和改進電腦系統(tǒng)的任務。

未來科學發(fā)現可以“算”出來!專家呼吁推廣超算應用“高性能超級計算機，是世界發(fā)達國家爭搶的重要‘制高點’，對國家安全、經濟和社會發(fā)展，具有舉足輕重的支持作用?！敝袊茖W院院士陳國良11月26日在無錫市舉行的2020智算未來用戶大會暨《工業(yè)互聯(lián)網數字化云創(chuàng)新發(fā)展白皮書》發(fā)布會上說，未來重大科學發(fā)現與重大創(chuàng)新，都可以通過計算手段得到快速地實現和解決。因此，加快發(fā)展超級計算，全面應用超級計算，對于我國科學研究、推動科技創(chuàng)新和促進經濟社會高質量發(fā)展意義重大。我國超算實現“超常發(fā)展”“超算領域的競爭，就是科技實力與綜合國力的競爭?！敝袊茖W院計算技術計算研究所研究員張云泉說，我國從早初缺乏高性能計算機，到在高性能超級計算機研究取得重大突破，開發(fā)出曙光、天河、神威·太湖之光等超級計算機，再到先后建成天津、深圳、濟南、長沙、廣州、無錫等7個國家級超算中心，并快速走向多領域的應用，這是舉國之力在超算研制、創(chuàng)新、應用領域，實現“超常發(fā)展”的重大創(chuàng)新。近10年來，面對發(fā)達國家超算的快速發(fā)展和對未來所帶來的挑戰(zhàn)，我國基于自主可控超算系統(tǒng)的軟件與應用考慮，特別是為服務于國家特殊需要，服務于高新技術產業(yè)發(fā)展，重新布局超級計算機的研制工作。

其中，“神威·太湖之光”就是重點開展的一項重大科研任務。國家超級計算無錫中心主任楊廣文教授介紹，超算由大量的計算節(jié)點組成，每個計算節(jié)點由一些CPU組成，計算節(jié)點由高速互聯(lián)網絡連接起來，當年還有大規(guī)模存儲系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件、應用軟件和冷卻系統(tǒng)等。但是，我國幾代超算人承上啟下，憑借著“兩彈一星”科學精神，創(chuàng)造出了不起的“奇跡”。至今，從天河二號到“神威·太湖之光”國產超級計算機，共10次拿下世界第一 。

以GPU聞名的英偉達希望在超算領域再次擴大應用領域。在2022國際超算會議(ISC)期間，英偉達公布多項超算領域進展，包括主要服務器廠商已采購英偉達CPU生產高性能服務器，以及基于其DPU產品強化量子計算能力等。“邊緣、高性能計算和AI、模擬仿真、數字孿生和量子計算是現代超算應用的五大工作負載?！庇ミ_加速計算業(yè)務副總裁Ian Buck在ISC上發(fā)言稱，從應用上看，已經有大量用戶將高性能計算推向邊緣端或在使用測試量子計算系統(tǒng)。

戈登貝爾獎由美國計算機協(xié)會(ACM)設立于 1987 年，是國際高性能計算應用領域最高獎，每年在超算領域頂級盛會“全球超級計算大會(Supercomputing Conference，簡稱SC)”上進行發(fā)布與頒獎。

SC是超算領域的頂級會議，國際影響力巨大，由SC國際超算大會組委會主辦，每年舉辦一次，主要由展會和學術會議構成。

戈登貝爾獎主要頒發(fā)給高性能應用領域最杰出的成就，通常會由當年 TOP500 排行名列前茅的計算機系統(tǒng)應用獲得，例如美國「泰坦」超級電腦、日本「京」超級計算機上的應用軟件都曾獲得此獎。成立近 30 年，該獎項一直由美國和日本的軟件獲得，直到 2016 年，中國研究團隊打破了這一壟斷。

今年的 SC21在美國密蘇里州圣路易斯舉行，來自中國的14人團隊基于新一代神威超級計算機的算力，憑借“超大規(guī)模量子隨機電路實時模擬(SWQSIM)”一舉奪得冠軍!

他們是來自之江實驗室及國家超級計算無錫中心的劉勇、劉鑫、李芳、楊雨靈、宋佳偉、趙朋朋、王臻、彭達佳、陳華蓉，清華大學及國家超級計算無錫中心的付昊桓、陳德訓，國家超級計算無錫中心的吳汶釗，上海量子科學研究中心的黃合良、郭楚。其中劉鑫、付昊桓、郭楚、陳德訓為共同通信作者。

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SWQSIM如何打破“量子霸權”

今年我國共有三項超算應用入圍戈登貝爾獎，除獲獎團隊應用外，另外兩項應用分別是“千萬核可擴展第一性原理拉曼光譜模擬”和“多架構大規(guī)模并行保辛結構電磁全動理學等離子體模擬”，這三項應用都曾在此前舉行的2021全國高性能計算學術年會(HPC China 2021)上作報告。

今年的獲獎項目為——彌合“量子霸權”：使用新神威超級計算機實現隨機量子電路的實時模擬。在這項工作中，研究人員引入了一個系統(tǒng)的設計過程，涵蓋了模擬所需的算法、并行化和系統(tǒng)架構。通過新一代神威超級計算機，研究團隊有效模擬了一個深度為10x10 (1+40+1)隨機量子電路。在模擬中，研究團隊使用4190萬核處理器實現了計算機1.2Eflops單精度或4.4Eflops混合精度性能。

在高性能計算領域，英偉達擅長的GPU通常作為特定應用的加速計算，即“協(xié)處理器”，而主處理器(CPU)仍為英特爾、AMD兩大x86芯片廠商占有絕對份額。根據第59屆全球超算前500強榜單公布的統(tǒng)計，英特爾為榜單中77.6%的超級計算機提供處理器，AMD的份額為18.6%。但英偉達最新推出的數據中心CPU“Grace”，有望改變這一現狀，其基于Arm指令集開發(fā)，專為包括人工智能(AI)和高性能計算(HPC)應用而構建。

Grace一經推出，立即引起市場關注，被視為英偉達發(fā)力Arm生態(tài)之舉。但英偉達頻頻降低調門，稱與x86芯片制造商合作關系仍維持不變。此前，黃仁勛表態(tài)稱，Grace將主要用于計算領域大型數據密集型細分市場：“在其他領域，例如云計算、企業(yè)級計算、邊緣計算、工作站、個人電腦，我們會繼續(xù)為x86平臺提供支持。Grace不會對現有CPU廠商帶來‘改變游戲規(guī)則’般的影響。”

目前，英偉達正加速推動Grace CPU生態(tài)。Ian Buck提及，戴爾，技嘉、慧與、浪潮、聯(lián)想和超微等廠商，已經計劃使用Grace CPU打造服務器。由慧與(HPE)制造、美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室(LANL)運營的Venado超級計算機，有望成為顯現英偉達實力的例子。英偉達稱，該新型超級計算機將提供10 exaflops的AI性能，主要研究材料科學和可再生能源等領域，通過英偉達的GPU、CPU和DPU，可將物理場計算應用的速度提高30倍。

付昊桓，現任國家超級計算無錫中心副主任、清華大學地學系長聘教授?！?0后”的他，身上有個“超算青年”的標簽。這個標簽不簡單：中國超算應用團隊迄今共4次(含國際合作1次)摘得有著“超算應用領域的諾貝爾獎”之稱的“戈登貝爾獎”，付昊桓3次深度參與其中。

去年11月，憑借打破谷歌所謂“量子霸權”的超算應用，我國一支14人組成的團隊摘得2021年度“戈登貝爾獎”。1月18日，這一事件入選了由兩院院士評選的“2021年度國內十大科技進展新聞”。

作為獲獎團隊代表，付昊桓于1月20日作客科學網直播間，在接受《中國科學報》獨家訪談過程中，分享了該團隊挑戰(zhàn)這一應用背后的逸聞趣事。

付昊桓，現任國家超級計算無錫中心副主任、清華大學地學系長聘教授?！?0后”的他，身上有個“超算青年”的標簽。這個標簽不簡單：中國超算應用團隊迄今共4次(含國際合作1次)摘得有著“超算應用領域的諾貝爾獎”之稱的“戈登貝爾獎”，付昊桓3次深度參與其中。

去年11月，憑借打破谷歌所謂“量子霸權”的超算應用，我國一支14人組成的團隊摘得2021年度“戈登貝爾獎”。1月18日，這一事件入選了由兩院院士評選的“2021年度國內十大科技進展新聞”。

作為獲獎團隊代表，付昊桓于1月20日作客科學網直播間，在接受《中國科學報》獨家訪談過程中，分享了該團隊挑戰(zhàn)這一應用背后的逸聞趣事。

《中國科學報》：近幾年中國超算應用在“戈登貝爾獎”這一“舞臺”大放異彩，你在幾次獲獎中也參與甚多。請先簡要介紹下，這是一個什么樣的獎項?

付昊桓：戈登貝爾獎最初是由戈登·貝爾1987年設立的一項鼓勵并行計算應用的獎項，后來在2006年與國際計算機協(xié)會(ACM)合作，由后者負責獎項的管理與運維。

戈登貝爾獎強調的是，如何使用頂尖的超級計算機解決一個科學、工程或大規(guī)模數據分析的應用難題。這反映了超算的典型特點，逐漸成為高性能計算應用領域的標桿。

要沖擊戈登貝爾獎，有兩個重要的方面：是否調動了頂尖超級計算機全系統(tǒng)之力，是否解決了科學或工程等應用上的一個難題并有所創(chuàng)新?？梢哉f，近年來我國超算的發(fā)展為我們提供了沖擊這一獎項的必要條件。