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2012年10月28日~10月31日，全國高性能計(jì)算學(xué)術(shù)年會在湖南張家界召開。從2005年開始，這已經(jīng)是舉辦的第七屆年會了。在參會的代表看來，高性能計(jì)算學(xué)術(shù)年會和其他的學(xué)術(shù)年會不太一樣。

中國計(jì)算機(jī)學(xué)會理事長、清華大學(xué)鄭煒民教授表示，高性能計(jì)算學(xué)術(shù)年會之所以和其他一些學(xué)術(shù)會議相比顯得很特別，就是因?yàn)樗�不像是其他的會議，只是吸引了院校、研究機(jī)構(gòu)的人員參加，而是吸引了產(chǎn)學(xué)研用，甚至包括業(yè)內(nèi)主流的商業(yè)廠商等各方面的代表來參加會議。

阿凡達(dá)和超級水稻

為什么高性能計(jì)算學(xué)術(shù)年會能吸引、這么多方面的人來參加?背后原因其實(shí)很簡單，高新能計(jì)算已經(jīng)走入我們的生活。

國際高性能計(jì)算咨詢委員會主席Gilad Shainer在2012高性能計(jì)算咨詢委員會中國研討會上就表示，高性能計(jì)算已經(jīng)和我們的生活緊密相關(guān)，不管是國防、航天這樣的國家層面的事務(wù)，還是天氣預(yù)報(bào)、藥品研制這樣和平時(shí)生活息息相關(guān)的事情，高性能計(jì)算都在其中扮演了重要的角色。

即便對于本次學(xué)術(shù)會議舉辦地張家界來說，它也和高性能計(jì)算有著千絲萬縷的關(guān)系。張家界誕生了中國第一個(gè)國家級森林公園，公園秀美壯麗的景色吸引了來自五湖四海的游客。其中就有一位很特別的游客，知名導(dǎo)演詹姆斯·卡梅隆�？�梅隆日后導(dǎo)演的著名電影《阿凡達(dá)》中，有一個(gè)重要場景哈利路亞山的原型就是張家界森林公園中的知名景點(diǎn)“南天一柱”�！栋⒎策_(dá)》憑借驚艷的影視特效，一舉成為當(dāng)年最賣座的影片。而影片中的特效效果，就是由新西蘭Weta Digital公司的具有近6000個(gè)處理器核的高性能計(jì)算機(jī)來完成制作的。

張家界所在的湖南省，一直是中國重要的魚米之鄉(xiāng)，同時(shí)也是中國超級水稻的研究中心。國家雜交水稻工程技術(shù)中心的研究人員將基因組數(shù)據(jù)庫和高性能計(jì)算相結(jié)合，尋找高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的超級水稻。2012年3月13日，國家雜交水稻工程技術(shù)中心還與華大基因簽署了長期戰(zhàn)略合作的框架協(xié)議書。而后者自1999年成立以來，一直在利用高性能計(jì)算技術(shù)進(jìn)行大規(guī)�；�因組數(shù)據(jù)的處理。2012年 6月18日，在德國漢堡舉行的國際超級計(jì)算大會上，華大基因繼2011年后，第二次獲得“高性能計(jì)算創(chuàng)新優(yōu)秀獎”。

從動漫渲染到生物基因排序，正是這些不同類型的高性能計(jì)算應(yīng)用的不斷豐富，大大促進(jìn)了中國高性能計(jì)算的發(fā)展。10月29日，中國計(jì)算機(jī)學(xué)會高性能計(jì)算專委會秘書長張?jiān)迫�研究員在發(fā)布中國高性能計(jì)算Top100榜單時(shí)也提到，當(dāng)前高性能計(jì)算應(yīng)用呈現(xiàn)百花齊放局面�；ヂ�(lián)網(wǎng)服務(wù)、政府部門、工程、超算中心、云計(jì)算、電信、能源 、科學(xué)計(jì)算、游戲、電力、大氣氣象、服務(wù)提供商、視頻計(jì)算、教育、生物信息等十五個(gè)領(lǐng)域是中國主要的高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域。

應(yīng)對百億億次的挑戰(zhàn)

各種應(yīng)用不斷涌現(xiàn)的直接結(jié)果，就是帶動了中國高性能計(jì)算設(shè)備的制造能力不斷提升。從2009年天河一號突破千萬億次，到2010年天河一號A登頂HPCTop500，再到2011年全國產(chǎn)的神威藍(lán)光超級計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，一系列達(dá)到國際先進(jìn)水平的國產(chǎn)超級計(jì)算機(jī)相繼出現(xiàn)。

其實(shí)在高性能計(jì)算領(lǐng)域，大家對于計(jì)算能力的追求一直是“沒有最強(qiáng)，只有更強(qiáng)”。一系列超級計(jì)算機(jī)誕生，讓整個(gè)行業(yè)把目標(biāo)又放在了下一個(gè)充滿挑戰(zhàn)的、計(jì)算能力達(dá)到百億億次(EFlops)的超級計(jì)算機(jī)上。

張?jiān)迫�研究員認(rèn)為，到2013年中國會有計(jì)算峰值達(dá)到10Pflops的系統(tǒng)出現(xiàn)，達(dá)到十億億次每秒(100Pflops)的超級計(jì)算機(jī)將在2014年到2015年間出現(xiàn)。

國防科技大學(xué)校長楊學(xué)軍院士認(rèn)為，當(dāng)前核物理、材料化學(xué)、生命科學(xué)等方面的大規(guī)模應(yīng)用需求已經(jīng)帶來了對百億億次計(jì)算能力的超強(qiáng)需要。但是在需求的背后，還存在著多方面的挑戰(zhàn)。“從并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、微處理器體系結(jié)構(gòu)、存儲體系結(jié)構(gòu)、互聯(lián)技術(shù)到并行軟件，需要多層次多學(xué)科的共同發(fā)展，來實(shí)現(xiàn)百億億次的目標(biāo)。”楊學(xué)軍說，“另外值得思考的就是，硬件技術(shù)的發(fā)展在解決可靠性、能耗等方面的難點(diǎn)的同時(shí)，又會帶來編程方面的壓力，特別是GPGPU異構(gòu)系統(tǒng)對于編程的壓力巨大。”

除了楊學(xué)軍院士所提到的這些阻擋百億億次超級計(jì)算機(jī)所成為現(xiàn)實(shí)的門檻外，目前業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為能耗也是阻礙著其成為現(xiàn)實(shí)的一個(gè)巨大難點(diǎn)。華中科技大學(xué)金海教授也表示，能耗和超大規(guī)模核心的組織與管理是實(shí)現(xiàn)百億億次計(jì)算的兩大障礙。

Gilad Shainer認(rèn)為，在當(dāng)前的技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)百億億次不是沒有可能，只是以目前技術(shù)搭建起來的系統(tǒng)可能需要驚人的投入，其對電力的消耗也是現(xiàn)在所不能接受的。有專家測算過，如果以現(xiàn)有水平構(gòu)建百億億次的超計(jì)算機(jī)，其能耗將會是三峽水庫發(fā)電量的三分之一。“因此，需要圍繞整個(gè)系統(tǒng)的多方面共同努力才能，在一種優(yōu)化的情況下實(shí)現(xiàn)百億億次的目標(biāo)。”Gilad Shainer說。

Gilad Shainer的觀點(diǎn)，也得到了其他一些業(yè)內(nèi)專家的支持。英特爾高級院士Steve Pawlowski在高性能計(jì)算學(xué)術(shù)年會的主題演講中，也特別強(qiáng)調(diào)了能耗對于實(shí)現(xiàn)百億億次高性能計(jì)算所帶來的挑戰(zhàn)。他指出：“需要高效的處理器、高效的內(nèi)存、高效的網(wǎng)絡(luò)、高效的并行程序以及可靠的系統(tǒng)來共同實(shí)現(xiàn)百億億次的目標(biāo)。”

呼喚超算國家計(jì)劃

記者從2008年就開始參加高性能計(jì)算學(xué)術(shù)年會，已經(jīng)連續(xù)參加了五屆。每一屆會議的規(guī)模都在不斷擴(kuò)大，這從一個(gè)側(cè)面反映出當(dāng)前高性能計(jì)算領(lǐng)域的發(fā)展正在不斷加速。記者觀察到，每年的大會上關(guān)于硬件體系架構(gòu)的發(fā)言卻是重頭戲。但是正如鄭煒民老師所說的那樣，要想推進(jìn)高性能計(jì)算應(yīng)用的不斷發(fā)展，不但要有高新能的設(shè)備，還需要產(chǎn)、學(xué)、研、用各方面的力量來共同推動。所以，在本次學(xué)術(shù)年會上，除了大量技術(shù)性發(fā)言外，記者特別關(guān)注了來自超算用戶的主題發(fā)言，并專門參加了超算中心分論壇。

目前，天津、濟(jì)南、長沙、深圳等地的國家級的超算中心已經(jīng)相繼建成，并投入使用。國家超級計(jì)算濟(jì)南中心陳德訓(xùn)副主任告訴記者，自從2011年10月濟(jì)南中心的神威藍(lán)光超級計(jì)算機(jī)調(diào)試完成后，整個(gè)系統(tǒng)就沒有停過，一直處在不間斷地工作狀態(tài)中。國家超級計(jì)算深圳中心黃強(qiáng)副主任也表示，從成立開始，圍繞深圳當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)，深圳中心在高能物理、生物技術(shù)、地球科學(xué)、動漫、工業(yè)仿真等方面進(jìn)行了大量的工作。

在各大超算中心緊鑼密鼓地開展各項(xiàng)工作的同時(shí)，在本次學(xué)術(shù)年會上，記者也聽到了關(guān)于超算發(fā)展的另外一種聲音，那就是“超算中心的發(fā)展也需要改革了”。

為什么會有這樣的聲音，記者采訪后發(fā)現(xiàn)其背后的原因存在著復(fù)雜的因素。

一位超算中心的負(fù)責(zé)人向記者表示，現(xiàn)在的情況來看，超算中心一般只能得到國家最初幾年的資金投入，之后就需要超算中心自己尋找一條自我造血、自我維持的道路。但是在這位負(fù)責(zé)人看來，“自我尋找造血”對于超算中心是不現(xiàn)實(shí)的。

上海超算中心是我國最早建設(shè)的超級計(jì)算中心之一，中心李根國副主任也向記者表示，上海超算正在進(jìn)入一個(gè)需要改革的關(guān)鍵點(diǎn)了。“當(dāng)前中心運(yùn)維壓力越來越大，上海超算曾經(jīng)算過一筆賬，如果未來實(shí)現(xiàn)100PLops的計(jì)算規(guī)模，相應(yīng)的運(yùn)維費(fèi)用可能每年要達(dá)到1.8億元人民幣，但是這個(gè)數(shù)字是上級主管單位根本無法接受的。所以，我們只能將未來的發(fā)展規(guī)模定在5PLops的規(guī)模，主要圍繞上海當(dāng)?shù)氐钠髽I(yè)和高校提供服務(wù)。”

在運(yùn)維方面，李根國透露，上海超算也在計(jì)劃進(jìn)行一些市場化的嘗試，但是前提仍舊是公益性的服務(wù)占到中心工作的絕大多數(shù)。“目前上海超算中心80%的資源用在了科學(xué)研究，未來也不會少于70%，未來也會向科學(xué)計(jì)算的用戶適當(dāng)收費(fèi)，剩下資源則投入到市場化的應(yīng)用中去。”

除了市場化的考慮，對于尋找自我造血的發(fā)展模式，李根國表示上海超算還在摸索與企業(yè)和高校打造一種全新的發(fā)展模式。一方面，上海超算中心計(jì)劃與一些企業(yè)打造一種共建的模式，特別是在一些商業(yè)應(yīng)用軟件方面，雙方共享、共建;另一方面，就是與高校合作，與高校內(nèi)小規(guī)模的超算平臺互動，從這個(gè)意義上實(shí)現(xiàn)資源整合。“上海超算中心的‘大’設(shè)備就像一個(gè)資源池，高校的這部分用戶在資源不夠而又無力擴(kuò)展的時(shí)候，可以從這個(gè)池中獲得資源上的支持，以保證這些高校計(jì)算平臺的可持續(xù)發(fā)展。”李根國說。

在陳德訓(xùn)看來，要讓超算中心實(shí)現(xiàn)持續(xù)性發(fā)展，必須得到國家更高層面的戰(zhàn)略支持。所以在陳德訓(xùn)的設(shè)想中，現(xiàn)在各地的超算中心有必要組成一個(gè)“超算聯(lián)盟”這樣的機(jī)構(gòu)，不再是各個(gè)單位單打獨(dú)斗，而是在一起形成合力，為中國高性能計(jì)算發(fā)展做出自己的貢獻(xiàn)。W

專家聲音

超算中心所做的很多研究都是和國家的戰(zhàn)略發(fā)展息息相關(guān)的，所以有必要像發(fā)改委或自然基金委這樣的國家機(jī)構(gòu)制定相應(yīng)的發(fā)展戰(zhàn)略。

——中國計(jì)算機(jī)學(xué)會高性能計(jì)算機(jī)專委會主任 孫凝暉

曙光舉辦自己的超算大會，與高校合作開展并行編程的課程，其目的就是想打造一個(gè)完整的高性能計(jì)算生態(tài)環(huán)境。只有這個(gè)生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展，才能促進(jìn)整個(gè)高性能計(jì)算行業(yè)的健康發(fā)展。

——曙光公司副總裁、研發(fā)中心總經(jīng)理邵宗有

在一個(gè)高性能計(jì)算系統(tǒng)搭建好后，如何提高整機(jī)的開機(jī)率、提高整機(jī)的利用率尤為關(guān)鍵，其中很重要的一個(gè)因素是提高運(yùn)維能力，在運(yùn)維做好之后再要做的就是針對應(yīng)用特性的的軟件優(yōu)化工作。

——并行科技 CTO 陳健

目前國內(nèi)在高性能計(jì)算領(lǐng)域存在著一種浮躁的情緒，以上海超算中心為例，很多用戶都不會靜下心來好好地在應(yīng)用程序開發(fā)上多做一些功課。國外的很多超算中心的應(yīng)用項(xiàng)目都是可以調(diào)度上萬個(gè)CPU核的;在國內(nèi)，別說調(diào)度上萬個(gè)，就是調(diào)度上千個(gè)CPU核心的應(yīng)用都是鳳毛麟角。要解決這樣的局面，必須在人才培養(yǎng)上下更大的功夫。

——上海超算中心副主任 李根國

數(shù)說榜單

上榜系統(tǒng)總Linpack性能達(dá)到16PFlops;

上榜系統(tǒng)平均性能突破160TFlops，但是與國際水平差距進(jìn)一步擴(kuò)大;

前10名里4臺是CPU+GPU體系架構(gòu)，而且全部來自前五名;

榜單中中國制造的機(jī)器數(shù)量占裝機(jī)數(shù)量的56%，比2011年的51%有小幅上升;

曙光在制造商機(jī)器數(shù)量份額中位居首位，達(dá)到了36%的比例。上榜高性能計(jì)算機(jī)制造商下降到8家，市場份額進(jìn)一步集中;

榜單中，有35%的系統(tǒng)是用于互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。綜合來看，互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、超算中心、工程、政府部門、云計(jì)算等是高性能計(jì)算主要用戶�；ヂ�(lián)網(wǎng)服務(wù)、云計(jì)算和工程計(jì)算方面的應(yīng)用增長強(qiáng)勁;

上榜系統(tǒng)的性能門檻繼續(xù)大幅提升，達(dá)到49.5TFlops，是2011年的2.24倍。