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

目前，我國超算投資僅有10%的資金用于應用軟件的開發(fā)和優(yōu)化，而美國的這一比例已經(jīng)超過50%。應用瓶頸的存在不僅會導致超級計算機資源無法充分應用到社會、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用軟件的投入開始影響超級計算機的應用推廣和后續(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用軟件研發(fā)投入的決心仍顯不足，國家應該成立專門的國家級超算應用軟件工程中心統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)全國超算應用軟件的研制和推廣工作。”

CEI: 中國超級計算機在應用領域的發(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80年代以后，PC機開始出現(xiàn)和普及，除了科學和軍事用途之外，超算開始有了其他的應用。但是由于當時MPP超算的成本很貴，所以主要還是應用在氣象、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、藥物設計、動漫、生物信息學、天體物理、互聯(lián)網(wǎng)服務、在線游戲等領域?，F(xiàn)在，超算仍以機群體系架構為主，但是其功耗問題逐漸顯現(xiàn)出來，為了控制功耗，超算科學家和工程師開始在原有的超算體系架構上添加“異構加速部件”，比如和MIC等進一步提升性能。2009年之后，超算開始出現(xiàn)異構集群的新趨勢，但這也意味著其硬件越來越復雜，并行編程越來越復雜，而應用開發(fā)也越來越難。

CEI:與國外相比，我們在超算的應用上有哪些差距?

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領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，但是我們的超算應用水平確實落后國際水平比較多。當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。而假如超算應用軟件研制成功的話，其使用年限至少是10-20年，當然使用的過程中軟件還得不斷改進。美國甚至認為超級計算成功的關鍵是物理建模+計算方法+并行軟件，缺一不可。

超級計算最大的投資應該在應用軟件，最大的困難也在應用軟件。以前美國投資超算硬件的力度也比應用軟件大，但現(xiàn)在美國對應用軟件的投資達到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用軟件的開發(fā)，一直把應用軟件當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用軟件的研制任務，等到超算硬件平臺投入使用時，超算應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：有觀點認為受限于軟件開發(fā)和應用支持，設備運行時資源利用率低下，是當前應用瓶頸的核心所在。你認同嗎?

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，應用又跟不上計算能力，需要有一段時間推動應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，我們不能單純說應用不行，這需要一個發(fā)展過程。我國過去是超算應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)展超前超算應用需求的發(fā)展模式，計算能力開始驅(qū)動應用需求的發(fā)展，應用自然會顯得滯后。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)站建設中，有觀點認為這是一種超算“物非所用”的現(xiàn)象，你怎么看?你認為中國超算在應用領域有哪些發(fā)展隱患?

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

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計算應用領域，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機構，面向各行各業(yè)提供計算能力和存儲能力的服務包括政府的電子政務。超級計算機在提供這類互聯(lián)網(wǎng)服務的時候，往往采取云計算的形式提供服務。實際上，云計算也是一種松散耦合的結合了虛擬化技術的超級計算。[!--empirenews.page--]

實際上，超算中心服務于政府的電子政務不但不浪費資源，反而會節(jié)約政府預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器，搭建自己的信息化服務平臺，部門間很容易形成信息孤島，造成資源的重復投入和浪費，通過集中起來采購建設統(tǒng)一的超算中心并以云計算的形式為各部門服務，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以提高超算資源的利用率。

CEI：應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?

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，美國建設中小規(guī)模超算中心的目的，一個是滿足本地的應用需求;另一個是通過小的超算中心作為培養(yǎng)應用人才的基地。通過把大中小超算中心合理布局和建設，形成一個超算應用的生態(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)及應用投入，持續(xù)加大對計算科學軟硬件研究開發(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)超算應用軟件，不能搞短、平、快。因為應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。

國家應該在中央網(wǎng)絡安全和信息化領導小組下面成立專門的類似美國總統(tǒng)信息技術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)和應用軟件的發(fā)展;成立國家級超算應用軟件研發(fā)工程中心，專門研制各行各業(yè)應用軟件，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。