6月20日，德國法蘭克福國際超算大會(huì)(ISC)公布了新一期全球超級計(jì)算機(jī)TOP500榜單，由國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心研制的“神威·太湖之光”以超第二名近三倍的運(yùn)算速度奪得第一。更令人振奮的是，該套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了包括處理器在內(nèi)的所有核心部件全國產(chǎn)化。

基于全球最快超級計(jì)算機(jī)“神威·太湖之光”系統(tǒng)的三項(xiàng)全機(jī)應(yīng)用入圍國際高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域最高獎(jiǎng)——戈登貝爾獎(jiǎng)。該獎(jiǎng)設(shè)立30年以來，中國團(tuán)隊(duì)從未入圍。此次，基于“神威·太湖之光”系統(tǒng)研發(fā)的三個(gè)課題入圍該獎(jiǎng)項(xiàng)，占入圍總數(shù)一半。

世界運(yùn)算最快是種啥感受?運(yùn)算一分鐘相當(dāng)于地球人算32年。

“相當(dāng)于200多萬臺普通電腦”

“簡單來說，這套系統(tǒng)1分鐘的計(jì)算能力，相當(dāng)于全球72億人同時(shí)用計(jì)算器不間斷計(jì)算32年;如果用2016年生產(chǎn)的主流筆記本電腦或個(gè)人臺式機(jī)作參照，‘太湖之光’相當(dāng)于200多萬臺普通電腦。”國家超級計(jì)算無錫中心主任楊廣文介紹。

走進(jìn)國家超級計(jì)算無錫中心，1000平方米的房間內(nèi)，記者看到了“神威·太湖之光”的“真身”：

由40個(gè)運(yùn)算機(jī)柜和8個(gè)網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜組成。每個(gè)運(yùn)算機(jī)柜比家用的雙門冰箱略大，打開柜門，4塊由32塊運(yùn)算插件組成的超節(jié)點(diǎn)分布其中。每個(gè)插件由4個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)板組成，一個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)板又含2塊“申威26010”高性能處理器。一臺機(jī)柜就有1024塊處理器，整臺“神威·太湖之光”共有40960塊處理器。

“每一塊處理器相當(dāng)于20多臺常用筆記本電腦的計(jì)算能力，4萬多塊再組裝到一起，速度之快可想而知。”楊廣文說。

“中國心”打破30年技術(shù)封鎖

30年前，中國的超級計(jì)算機(jī)用戶有一個(gè)神秘的“玻璃房”：美國人把一臺超級計(jì)算機(jī)賣給中國，用不透明的玻璃包裹得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)，中國技術(shù)人員沒有授權(quán)不得入內(nèi)。

正是這種封鎖帶來的激勵(lì)，讓我國下大力氣研發(fā)全國產(chǎn)化的“神威”系列超級計(jì)算機(jī)，直至此次登頂國際榜單。只有5厘米見方的薄塊“申威26010”不僅成為“神威·太湖之光”的心臟，也成為我國自主研發(fā)打破30年技術(shù)封鎖的一柄利器。25平方厘米的方寸之間，集成了260個(gè)運(yùn)算核心，數(shù)十億晶體管，達(dá)到了每秒3萬多億次計(jì)算能力。單芯片計(jì)算能力相當(dāng)于3臺2000年全球排名第一的超級計(jì)算機(jī)。

楊廣文表示，不可否認(rèn)，“神威·太湖之光”的成功，標(biāo)志著我國超級計(jì)算機(jī)研制能力已位居世界領(lǐng)先水平，但在技術(shù)儲(chǔ)備、系統(tǒng)穩(wěn)定性方面與發(fā)達(dá)國家仍有明顯差距。

國家并行計(jì)算中心的相關(guān)科研人員表示，需要解決的技術(shù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)非常多，以能耗為例，“神威·太湖之光”一年的用電量達(dá)到15兆瓦，相當(dāng)于3個(gè)清華大學(xué)的用電量。以現(xiàn)有技術(shù)即使能夠?qū)崿F(xiàn)百億億次，能源消耗將十分驚人。

更為關(guān)鍵的是，無論速度有多快，發(fā)展超算始終是為了“致用”，而這仍然是當(dāng)前我國超算發(fā)展的短板。

中科院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心研究員張鑒表示，我國利用超算系統(tǒng)解決問題的能力長期不足，相關(guān)商業(yè)應(yīng)用軟件仍為國外壟斷，在軟件研制、應(yīng)用開發(fā)和人才培養(yǎng)方面還有待進(jìn)一步提高。

■ 揭秘

三項(xiàng)入圍戈登貝爾獎(jiǎng)的應(yīng)用分別為中科院軟件所與清華大學(xué)、北師大合作的“全球大氣非靜力云分辨模擬”;國家海洋局海洋一所與清華大學(xué)合作的“高分辨率海浪數(shù)值模擬”;中科院網(wǎng)絡(luò)中心的“鈦合金微結(jié)構(gòu)演化相場模擬”。有效使用超級計(jì)算機(jī)，算天、算地、算人，還能算命。

1算天：風(fēng)中哪朵雨做的云?

氣象臺的天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)度一直在提升，這背后其實(shí)都是超級計(jì)算機(jī)的功勞。

北京師范大學(xué)全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院王蘭寧教授，是中科院軟件所與清華大學(xué)、北師大合作的“全球大氣非靜力云分辨模擬”團(tuán)隊(duì)成員之一。他從上世紀(jì)90年代從事氣象預(yù)報(bào)員，到后來轉(zhuǎn)型成為大氣分析專家，預(yù)報(bào)天氣的準(zhǔn)頭不斷提升。

“下不下雨關(guān)鍵看云層運(yùn)動(dòng)，在沒有超算之前，觀測云層的精度是按照經(jīng)緯度。有了超算之后，就可對云層運(yùn)動(dòng)進(jìn)行精確模擬與觀測。”王蘭寧說。

為了提高觀測精度，他十幾年來追逐著超算發(fā)展的腳步。2011年，他在天津的“天河一號”上實(shí)現(xiàn)了觀測精度10萬公里的目標(biāo);隨后，他又在“神威·藍(lán)光”實(shí)現(xiàn)了1萬公里精度;今年，他在“神威·太湖之光”上實(shí)現(xiàn)了9公里精度。如今，他又在向著3公里精度努力。

“如果能夠盯著每一朵云，天氣預(yù)報(bào)就將萬無一失。”王蘭寧說，當(dāng)然，這還需要更強(qiáng)的超算能力支撐。

2算地：找飛機(jī)，抓偷排

尋找MH370，是世界科技角力的戰(zhàn)場。一個(gè)必經(jīng)的環(huán)節(jié)是數(shù)據(jù)處理，擔(dān)當(dāng)這一環(huán)節(jié)的角色即是超級計(jì)算機(jī)。“只要有足夠精確的相關(guān)數(shù)據(jù)，超算就能找到失事飛機(jī)。”清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)研究中心副教授黃小猛說。

除了找飛機(jī)，還有更多接地氣的事情倚仗超級計(jì)算機(jī)來解決。

中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院正在國家超算無錫中心進(jìn)行的一項(xiàng)課題，就是深圳市污染物擴(kuò)散的模擬。通過超算模擬，可以根據(jù)目前污染物的情況，計(jì)算出未來一段時(shí)間的大氣污染物濃度和分布，進(jìn)行空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)。從預(yù)報(bào)結(jié)果還可以計(jì)算出哪些污染源“貢獻(xiàn)”最大，了解污染的來龍去脈，為污染防控提供決策指導(dǎo)。

“現(xiàn)在已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)倒推排查究竟是哪個(gè)排放點(diǎn)導(dǎo)致了某次大氣污染，未來將能夠?qū)崿F(xiàn)每個(gè)小區(qū)、每個(gè)居民點(diǎn)空氣質(zhì)量的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。”中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院副研究員陳榮亮說。

3算人：判定腦梗塞風(fēng)險(xiǎn)

模擬血流、模擬心臟、模擬人體任何一個(gè)部分，有了超級計(jì)算機(jī)，這些都不再是夢想。

近期，美國科學(xué)家利用世界前十的超級計(jì)算機(jī)，選取一名真人掃描其血管系統(tǒng)，通過3D建模技術(shù)建立動(dòng)脈系統(tǒng)模型，成功地再現(xiàn)了整個(gè)人體的動(dòng)脈系統(tǒng)。任何直徑或?qū)挾仍?毫米以上的動(dòng)脈血管都會(huì)出現(xiàn)在模型中，而且模型的分辨率達(dá)到了9微米。

只要運(yùn)算核夠多、速度夠快，醫(yī)療工作者的診斷和治療水平將大大提升。

陳榮亮近日也在利用“神威·太湖之光”對人體血流進(jìn)行模擬與分析，例如可以及時(shí)有效地判定一個(gè)病人是否會(huì)發(fā)生腦梗塞的風(fēng)險(xiǎn)。

“過去，對一個(gè)可能發(fā)生腦梗塞病人，醫(yī)院難以判斷是否要進(jìn)行支架手術(shù)，一般都會(huì)通過從大腿動(dòng)脈處放進(jìn)測壓導(dǎo)絲進(jìn)行測量，這種方式既危險(xiǎn)又痛苦。如今，經(jīng)過模擬計(jì)算，只要血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)如果小于0.8，就要做手術(shù)。”陳榮亮說。

4 “算命”：找出你個(gè)性偏好

超級計(jì)算機(jī)，在我們認(rèn)識自己方面也能派上用場。

該功能的正式名稱叫“個(gè)性特征服務(wù)”。美國的IBM超級計(jì)算機(jī)“沃森”近期宣布，通過對每個(gè)人2300條最新社交網(wǎng)絡(luò)推文的解讀，應(yīng)用語言學(xué)分析方法歸納總結(jié)你的社交特性，然后將你與其他幾十萬甚至數(shù)百萬用戶進(jìn)行比較，從而勾勒出你與眾不同的個(gè)性。

“沃森”的分析程序如果由“神威·太湖之光”來做，是不是會(huì)更加準(zhǔn)確?

“理論上是可以實(shí)現(xiàn)的，畢竟我國的超算已經(jīng)達(dá)到了足夠的分析能力。”長期從事超算應(yīng)用的中科院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心研究人員周純葆說。只要科學(xué)家們的“腦洞”夠大夠好玩，設(shè)計(jì)禮服、設(shè)計(jì)創(chuàng)意食譜、設(shè)計(jì)任何你想得到或者想不到的玩意，超級計(jì)算機(jī)都有機(jī)會(huì)搶生意。