中國已經(jīng)躋身“超算大國”行列。然而，中國離“超算強國”的目標(biāo)卻有差距。我國超算產(chǎn)業(yè)暴露出明顯的應(yīng)用瓶頸，存在重技術(shù)、輕應(yīng)用，重硬件、輕軟件等問題，其根源在于我國缺乏完善的超速應(yīng)用生態(tài)軟環(huán)境，具體表現(xiàn)在人才儲備、應(yīng)用意識、政策導(dǎo)向等方面。

目前，我國超算投資僅有10%的資金用于應(yīng)用軟件的開發(fā)和優(yōu)化，而美國的這一比例已經(jīng)超過50%。應(yīng)用瓶頸的存在不僅會導(dǎo)致超級計算機資源無法充分應(yīng)用到社會、科研及生產(chǎn)中，也會反過來限制其自身的發(fā)展。

中國計算機學(xué)會高性能計算專業(yè)委員會秘書長、中科院計算所張云泉研究員在接受《中國經(jīng)濟和信息化》記者專訪時表示：“國家已經(jīng)意識到長期忽視對應(yīng)用軟件的投入開始影響超級計算機的應(yīng)用推廣和后續(xù)研發(fā)，必須平衡投入的重要性，但另一方面國家對超算應(yīng)用軟件研發(fā)投入的決心仍顯不足，國家應(yīng)該成立專門的國家級超算應(yīng)用軟件工程中心統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)全國超算應(yīng)用軟件的研制和推廣工作。”

CEI: 中國超級計算機在應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展演變史是怎樣的?

張云泉：戰(zhàn)爭的需要造就了超級計算機(下稱超算)最早的用戶。早期的計算機主要被用于軍事用途。二戰(zhàn)時期德國潛艇的狼群戰(zhàn)術(shù)就是通過計算機對密碼的成功破譯被瓦解的，而超算在美國研制原子彈的曼哈頓計劃中應(yīng)用的也非常成功。中國最早的超算也是被用于類似的用途。上世紀(jì)80年代以后，PC機開始出現(xiàn)和普及，除了科學(xué)和軍事用途之外，超算開始有了其他的應(yīng)用。但是由于當(dāng)時MPP超算的成本很貴，所以主要還是應(yīng)用在氣象、石油等需求比較明確和成熟的行業(yè)。直至上世紀(jì)90年代中期左右，隨著機群的出現(xiàn)和普及，超算成本開始大幅度下降，超算的應(yīng)用開始百花齊放起來，廣泛分布在氣候氣象、地球物理、計算化學(xué)、藥物設(shè)計、動漫、生物信息學(xué)、天體物理、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、在線游戲等領(lǐng)域?，F(xiàn)在，超算仍以機群體系架構(gòu)為主，但是其功耗問題逐漸顯現(xiàn)出來，為了控制功耗，超算科學(xué)家和工程師開始在原有的超算體系架構(gòu)上添加“異構(gòu)加速部件”，比如和MIC等進一步提升性能。2009年之后，超算開始出現(xiàn)異構(gòu)集群的新趨勢，但這也意味著其硬件越來越復(fù)雜，并行編程越來越復(fù)雜，而應(yīng)用開發(fā)也越來越難。

CEI:與國外相比，我們在超算的應(yīng)用上有哪些差距?

張云泉：2002年我們剛發(fā)布第一期中國高性能計算機TOP100排行榜的時候，我國超算能力排名100臺超算的平均性能與國外前500臺的平均性能差距是3-5年左右，后來很快縮短為2-3年，直至去年我國超算的平均性能已經(jīng)超過世界平均水平，這說明我國超算平臺系統(tǒng)的發(fā)展態(tài)勢良好且研制水平已經(jīng)步入國際領(lǐng)先水平。

我國超算取得這樣的成績，意味著中國超算整體水平提升，在國際舞臺上的發(fā)言權(quán)也隨之提升，合作和交流機會也越來越多，對于提升國內(nèi)科研水平、培養(yǎng)科研隊伍，包括參與國際高水平會議研討和對話，增進國際合作都有很好的幫助，我們科研工作者在高水平國際會議上對這一點有很強烈的感受。

奪取超算TOP 500排行榜冠軍不僅僅是個排名問題，而是關(guān)系到整個國家從事超算研究的科研人員在國際上的地位和話語權(quán)問題，所以還是不能忽視排行榜的重要性，我們不鼓勵去刻意追求，但是要在戰(zhàn)略上重視。

2011年，日本的京速機奪走“天河一號A”TOP500冠軍位置的時候，日本國內(nèi)去了80多個參會代表，西裝革履拿著錄像機進入會場，我們在現(xiàn)場感受到了國與國之間在高技術(shù)領(lǐng)域競爭的殘酷和無情，更強烈地感覺到日本對超算的重視程度并不像他們表面上所表現(xiàn)出來的平靜。美國其實更重視超算的排名，一旦失去第一的位置，就會加大對超算的科研投入，制定中長期研制計劃，確保能夠盡快把第一名的位置奪回來。

不過，雖然我國超算硬件平臺的研制水平很強，但是我們的超算應(yīng)用水平確實落后國際水平比較多。當(dāng)然超算軟件的研制落后于超算硬件的發(fā)展速度也不僅是我們國家存在，美國也是一樣。在美國，超級計算機的使用年限大概為3-5年，我國的使用年限約為5-8年，有的使用年限甚至能達到10年。而假如超算應(yīng)用軟件研制成功的話，其使用年限至少是10-20年，當(dāng)然使用的過程中軟件還得不斷改進。美國甚至認(rèn)為超級計算成功的關(guān)鍵是物理建模+計算方法+并行軟件，缺一不可。

超級計算最大的投資應(yīng)該在應(yīng)用軟件，最大的困難也在應(yīng)用軟件。以前美國投資超算硬件的力度也比應(yīng)用軟件大，但現(xiàn)在美國對應(yīng)用軟件的投資達到50%以上，超算硬件投資只占不到40%。

過去，我們國家長期忽視對超算應(yīng)用軟件的開發(fā)，一直把應(yīng)用軟件當(dāng)做是超算硬件平臺的配套來研制。往往等超算硬件平臺研制成功之后，才撥付一小筆經(jīng)費為其研制配套的應(yīng)用軟件，對機器進行測試和評價，而不是像美國等發(fā)達國家一樣在開始部署超算研制項目時，同時部署超算硬件平臺和應(yīng)用軟件的研制任務(wù)，等到超算硬件平臺投入使用時，超算應(yīng)用軟件也同時可以上線運行，大大提高了生產(chǎn)效率和利用率。

CEI：有觀點認(rèn)為受限于軟件開發(fā)和應(yīng)用支持，設(shè)備運行時資源利用率低下，是當(dāng)前應(yīng)用瓶頸的核心所在。你認(rèn)同嗎?

張云泉：這有客觀和主觀原因。像一些軍事、氣象等成熟的行業(yè)，軟件和硬件是同步發(fā)展，但是現(xiàn)在很多超算中心的硬件能力很強，應(yīng)用又跟不上計算能力，需要有一段時間推動應(yīng)用跟上計算能力的發(fā)展。所以會出現(xiàn)你說的現(xiàn)象。

因此，我們不能單純說應(yīng)用不行，這需要一個發(fā)展過程。我國過去是超算應(yīng)用需求牽引超算硬件發(fā)展的模式，現(xiàn)在變成了超算硬件的發(fā)展超前超算應(yīng)用需求的發(fā)展模式，計算能力開始驅(qū)動應(yīng)用需求的發(fā)展，應(yīng)用自然會顯得滯后。今后兩種發(fā)展模式會不斷出現(xiàn)交替的情況。

CEI: 現(xiàn)在一些超算被用在政府電子網(wǎng)站建設(shè)中，有觀點認(rèn)為這是一種超算“物非所用”的現(xiàn)象，你怎么看?你認(rèn)為中國超算在應(yīng)用領(lǐng)域有哪些發(fā)展隱患?

張云泉：這其實是一種誤解。超算應(yīng)用在電子政務(wù)網(wǎng)站的運行并不算是物非所用，不過是一種不同的應(yīng)用形式而已。廣義的超算可以分為兩種，一種用于科學(xué)計算，一種用于互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

過去的超算中心是行業(yè)內(nèi)專用的計算中心，僅僅用在有限的幾個比較成熟的科學(xué)計算應(yīng)用領(lǐng)域，而現(xiàn)代意義上的超算中心成為一個綜合的計算能力服務(wù)機構(gòu)，面向各行各業(yè)提供計算能力和存儲能力的服務(wù)包括政府的電子政務(wù)。超級計算機在提供這類互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的時候，往往采取云計算的形式提供服務(wù)。實際上，云計算也是一種松散耦合的結(jié)合了虛擬化技術(shù)的超級計算。[!--empirenews.page--]

實際上，超算中心服務(wù)于政府的電子政務(wù)不但不浪費資源，反而會節(jié)約政府預(yù)算和提高資源的利用率。試想如果政府的每個部門還像過去一樣分散地采購服務(wù)器，搭建自己的信息化服務(wù)平臺，部門間很容易形成信息孤島，造成資源的重復(fù)投入和浪費，通過集中起來采購建設(shè)統(tǒng)一的超算中心并以云計算的形式為各部門服務(wù)，既節(jié)約了經(jīng)費投入，又提高了資源的利用率。為此，目前中國的不少超算中心，往往會通過將超算系統(tǒng)劃分成傳統(tǒng)的科學(xué)計算分區(qū)和云計算分區(qū)兩個分區(qū)提供不同類型的服務(wù)以提高超算資源的利用率。

CEI：應(yīng)用瓶頸是一個過程問題，真正把大超算做成一個生產(chǎn)工具，國內(nèi)還差得比較遠。如何盡快實現(xiàn)這個目標(biāo)?

張云泉：過去，超算是戰(zhàn)略性行業(yè)，冷門行業(yè)，人才容易流失且比較匱乏?，F(xiàn)在，由于各地方政府都在建超算中心，對人才的需求開始逐漸增加。在美國，一個很普通的高校也有超算中心，美國建設(shè)中小規(guī)模超算中心的目的，一個是滿足本地的應(yīng)用需求;另一個是通過小的超算中心作為培養(yǎng)應(yīng)用人才的基地。通過把大中小超算中心合理布局和建設(shè)，形成一個超算應(yīng)用的生態(tài)系統(tǒng)，才有利于超算的長期健康發(fā)展。

目前，國家對超算應(yīng)用軟件研發(fā)投入的決心仍然不足，投資力度還是不夠。因此，建議繼續(xù)加大對7個已經(jīng)成立的國家超級計算中心的研發(fā)及應(yīng)用投入，持續(xù)加大對計算科學(xué)軟硬件研究開發(fā)平臺特別是軟件的協(xié)調(diào)支持力度，維持目前穩(wěn)定持續(xù)的發(fā)展勢頭。

其次，科研人員需要靜下心來花費更多的精力開發(fā)國產(chǎn)超算應(yīng)用軟件，不能搞短、平、快。因為應(yīng)用軟件研制的難度非常大，建議國家制定20-30年的中長期規(guī)劃。

國家應(yīng)該在中央網(wǎng)絡(luò)安全和信息化領(lǐng)導(dǎo)小組下面成立專門的類似美國總統(tǒng)信息技術(shù)顧問委員會這類的專家委員會統(tǒng)籌協(xié)調(diào)超算系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的發(fā)展;成立國家級超算應(yīng)用軟件研發(fā)工程中心，專門研制各行各業(yè)應(yīng)用軟件，而不僅僅只是通過小實驗室的小課題進行斷斷續(xù)續(xù)的研制。