11月中旬，每半年发布一次的全球超级计算机500强最新榜单在美国盐湖城公布，我国“神威·太湖之光”以较大的运算速度优势蝉联冠军。算上此前“天河二号”的六连冠，我国已连续4年占据全球超算排行榜最高席位。起步、跟随、并行——

 

　　超级计算机是指在给定时间内可提供最大、最快和最强能力的大容量大型计算机系统，是解决国家经济建设、社会发展、科学进步、国家安全和国防建设等领域一系列重大挑战性问题的重要手段，是国家综合国力、科技竞争力和信息化建设能力的重要体现，是世界各强国争夺的战略制高点。国际超级计算机TOP500组织，每年对全世界已安装的超级计算机进行两次排名，并在这一领域最具世界影响力的国际超级计算大会上公布，其排名在相当程度上显示了一个国家信息领域的科技创新能力和综合实力，特别是进入排名前10位的系统代表着超级计算的顶尖水平。

 

　　（王握文、于冬阳）

 

　　一名研发工程师展示“神威·太湖之光”所使用的“申威26010”众核处理器。

 

　　研制发展超级计算机对国家意义重大

 

　　■中国计算机学会（CCF）理事 彭绍亮

 

　　研制发展超级计算机意义重大。超级计算机多用于国家高科技领域和尖端技术研究，是一个国家科研实力的体现，对国家安全、经济和社会发展具有举足轻重的意义，是国家科技发展水平和综合国力的重要标志。

 

　　近些年超级计算机开始面向全社会提供计算服务，除了支持传统的大规模科学工程计算，还在云计算和大数据分析等领域发挥了巨大作用，如：天河超级计算机已经在天津、长沙、广州、吕梁等多个城市进行了部署，每个普通用户都可以通过互联网直接申请计算资源和计算服务。

 

　　当今科学研究总体来说有三种方法，即理论方法、实验方法和数值计算方法。在先导科学研究中，数值计算方法发挥着越来越重要的作用。单纯的理论研究和单纯的实验研究都有着无法克服的局限性。理论研究本身困难重重，进展缓慢。很多理论性质的论文几十年、几百年来都没有显著性的进展，悬而未决的问题比比皆是。有时候，历尽艰辛推导出来的一个结论，后来却被证明推导它所基于的理论本身就是错误的。理论研究一直在不断的肯定、否定、否定之否定中循环往复，缓慢前行。而实验研究是严重依赖于实验条件的，但很多时候实验条件本身由于道德、法律、安全、规模太大等问题而无法满足。比如生物医药领域，在很多新药的研发阶段，直接作用于人体或动物来观测其效果是十分危险的，必须采用其他方法来进行验证。这时候数值计算模拟就发挥了其强大的作用。数值计算把理论和实验联系起来，作为一道通往真理的桥梁，是必要的，是不可或缺的。很多问题的研究离开了数值计算模拟根本无法有效进行。利用超级计算机来进行高精度、高速度的数值计算模拟，对解决实际问题所发挥的作用是无与伦比的。

 

　　有赖于超级计算机解决的挑战性问题，涵盖核试验模拟、石油勘探、气象预报、农业育种、医疗服务、新药研制、动漫渲染、材料设计、金融计算等人类科学和生活的每一个领域。凡是需要大规模数值模拟计算和大规模数据分析的情形都可以利用超级计算机进行加速。需要特别指出的是，超级计算机在军事领域也有非常重大的作用。比如借助于超级计算机强大且快速的运算能力，在实验室实施的亚临界核试验，与真正核试爆的效果是相同的。美国运算速度最快的超级计算机都安装在能源部各国家实验室，用来进行核武器设计、试验、改进和安全储存的研究，对核爆进行全物理、全系统、真三维的数值模拟，当然也可以进行核能的数值模拟计算。

 

　　国防科技大学研制的天河二号超级计算机系统。

 

　　以超级速度破解人类面临多种世纪难题

 

　　■“天河二号”副总设计师 杨灿群

 

　　在全球超算排名中，“天河二号”曾连续六度称雄，“神威·太湖之光”又接棒蝉联了新近两届冠军。超级计算机为什么要追求快呢？

 

　　这是因为计算机速度越快，越能帮助我们解决一些过去无法解决的挑战性问题。当今世界，计算已经成为继理论与实验之后的第三种研究手段，超级计算机则被誉为人类探索自然奥秘的“天文望远镜”、科技创新的发动机。有了它，才能通过计算机建模仿真等技术手段，让我们在虚拟世界中完成自然条件下难以完成的科学实验。

 

　　比如过去一种新药的问世，从化合物筛选到临床II期试验，往往需要10年左右的时间。运用超级计算机进行辅助药物设计和高通量虚拟筛选，能够大大缩短成药周期、降低研发成本。在“天河二号”上构建的新药先导化合物虚拟筛选平台，将大规模药物筛选的速度提高了600倍。中科院上海药物研究所、华大基因等科研团队，在“天河二号”上分别开展面向埃博拉病毒、癌症治疗的虚拟药物筛选，一天时间内就可以完成对世界上已知结构的4千万种化合物分子的筛选工作，为寻找应对未知突发性病毒的药物提供了快速有效的虚拟筛选手段。

 

　　再比如现在人们出行乘坐的飞机，它的研发也与超级计算机紧密相关。过去，研发一款飞机需要耗时十几年甚至几十年的时间。现在，利用超级计算机实现的数值风洞系统可以显著缩短研发周期。中国商飞北京民用飞机技术研究中心，利用“天河二号”进行大型客机全参数气动优化设计计算，仅用6天时间就完成了过去需要两年才能完成的计算量，极大地提高了工作效率。我国正在研制的C919大型飞机，其气动设计就使用了该技术。

 

　　目前，以“天河一号”“天河二号”为业务主机建成的天津、长沙、广州三个国家超算中心，目前已构建起材料科学与工程计算、生物计算与个性化医疗、装备全数字设计与制造、能源及相关技术数字化设计、天文地球科学与环境工程、智慧城市大数据和云计算等六大应用服务平台，为国内外千余家用户提供高性能计算和云计算服务。在基因组数据分析、新药制备、气象与环境、大型飞机和高速列车气动数值计算、汽车和船舶等大型装备结构设计仿真、电子政务及智慧城市等领域得到广泛应用，取得了显著的经济效益和社会效益。

 

　　（本报记者王握文、特约通讯员于冬阳整理）

 

　　应用从“高大上”向“平民化”全面拓展

 

　　■国家超级计算机天津中心应用研发部部长 孟祥飞

 

　　超级计算机被誉为电子信息技术领域的“皇冠”，是“国之重器”和国家综合国力的重要标志。当前，我国超级计算机的应用领域正从“高大上”向“平民化”快速拓展。

 

　　以前超级计算机的主要功能是“算天、算地、算人”。“算天”，就是研究气候气象等大气物理与宇宙起源演化等天体物理重大问题，比如千年气候变化研究、年季的区域气候变化研究、气象和海洋预报、空气污染预警预报等。“算地”，就是解决油气能源开发中地下油藏分布的“小地球物理”和地震成因、地质演化等“大地球物理”研究挑战。特别是在油气勘探领域，基于高密度地震波勘探数据，反演地下地质结构三维高精度成像来指导油气开采，必须依靠超级计算能力来完成大规模地震数据处理。目前我国在这个领域已经走在世界先进水平。“算人”，就是研究人类的基因密码、生命动力学特征、神经科学等。比如一个人的大脑就有1000亿个神经元和更大规模的神经突触，要在人类生命科学领域取得重大突破，就必须借助超级计算机进行复杂的具有生命特征的动力学仿真和海量数据处理。

 

　　当前，信息技术的发展将我们带入了大数据时代。超级计算机也在“管吃、管穿、管住、管行、管玩”等事关百姓生活的领域大显身手。“管吃”，就是用高性能数据分析来指导农业优质育种、高效环保肥料生产、发酵等食品工艺优化。“管穿”，就是通过高分子材料模拟、“材料基因组”实施来开发更舒适、优质和丰富的服装材料。“管住”，就是用建筑信息建模和虚拟现实等技术，让我们不仅可以看到我们的小房子，还可以足不出户就了解我们生活的大环境。“管行”，就是用我们基于超级计算机构建的“数值风洞”指导我们研发安全行驶的汽车、稳定飞行的飞机。“管玩”，由超级计算机构建起来的大规模渲染制造平台正在为我们制作绚丽的灯光秀、大规模动漫渲染和影视特效等，像春晚灯光秀、动画片“熊出没”、新版西游记等大量我们喜闻乐见的作品正在超级渲染平台上完成。

 

　　超级计算机正在不断深入融入我们科技创新和社会发展的各个领域，成为既能“顶天”又能“立地”的信息技术“大咖”。

 

　　“数”说全球超算新趋势

 

　　从最新一期全球超级计算机500强榜单来看，中国企业表现出色，尤其华为异军突起。美国超算数量“小幅复苏”，全球超算继续缓慢“整体提速”，前一百强首次是清一色的千万亿次超算系统。前十名中，“神威·太湖之光”以每秒9.3亿亿次的浮点运算速度继续领跑，中国“天河二号”排名第二，第三名美国“泰坦”和第四名美国“红杉”与“天河二号”之间又有较大差距。第五名和第六名是两个“新面孔”——美国的“科里（Cori）”与日本的“Oakforest-PACS”。日本“京”、瑞士“代恩特峰”、美国“米拉”和“三一”分别排名第七至第十，均是“老面孔”。

 

　　从各国超算上榜总数看，这一次，中国入围数量从上一期的168台增至171台，“小幅复苏”的美国也从上一期的165台恢复至171台，两国首次并列第一。在累计运算性能方面，中国超算占所有超算总性能的33.3%，比第一名美国的33.9%稍逊一筹。从公司角度看，中美两国计算机企业在榜单前几名仍呈“交错”之势。美国惠普公司生产的超级计算机依旧最多，但已从上一期的127台降至112台。不过，如果算上该公司新近收购的硅图公司所生产的入榜超算，总数则达到140台。第二名是中国联想，从上一期的84台增至92台。

 

　　超算处理器一般都会使用多个内核，负责执行计算、数据处理等最重要任务。此次上榜的超算中，98.2%的超算使用的处理器至少有6个内核，88%的超算运用至少含8个内核的处理器，72.2%的系统使用内含10个或更多内核的处理器。

 

　　占领科技创新制高点

 

　　■崔春雨

 

　　9月15日22时04分，搭载天宫二号空间实验室的长征二号FT2运载火箭，在酒泉卫星发射中心点火发射；10月27日，由国家并行计算机工程技术中心牵头的“E级高性能计算机原型系统”研制项目正式启动，速度将十倍于目前世界最快……近段时间以来，我国又一批重大科技创新成果振奋人心，向世界展示着中国人民占领科技创新制高点的雄心壮志。

 

　　历史经验表明，重大科技创新成果对一个国家的全面建设具有强大的带动作用。18世纪出现了蒸汽机等重大发明，成就了第一次工业革命，开启了人类社会现代化历程。19世纪，科学技术突飞猛进，催生了由机械化转向电气化的第二次工业革命。20世纪前期，量子论、相对论的诞生形成了第二次科学革命，引发了以航空、电子技术、核能、航天、计算机、互联网等为里程碑的技术革命。一些国家抓住科技革命的难得机遇，实现了综合国力的快速提升。

 

　　抓重大科技创新研发，既是我国的优良传统，也是我国迈向科技强国的必由之路。新中国成立以来，我国取得了“两弹一星”、超级杂交水稻、量子通讯、北斗导航等一大批科技成果。党的十八大以来，我国科技创新虽硕果累累，但自主创新成果不多、领军人才缺乏、科技创新体制机制不畅等问题犹在。习主席强调：“必须坚持走中国特色自主创新道路，面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求，加快各领域科技创新，掌握全球科技竞争先机。”把这一重要指示落到实处，需要牢牢牵住科技创新这个“牛鼻子”，尽快下好科技创新这步“先手棋”。

 

　　“实施创新驱动发展战略，最根本的是要增强自主创新能力，最紧迫的是要破除体制机制障碍，最大限度解放和激发科技作为第一生产力所蕴藏的巨大潜能。”激发活力才能提高动力。近年来，我国在破除科技创新藩篱上出快刀、下大力，随着《关于国家重大科研基础设施和大型科研仪器向社会开放的意见》《关于改进加强中央财政科研项目和资金管理的若干意见》等一系列政策的精准落地，我国迎来了“绿我涓滴，会它千顷澄碧”的喜人景象。

 

　　“国势之强弱，系乎人才。”占领科技创新制高点，必须紧紧扭住人才队伍这个关键，坚决贯彻人才优先发展战略，才能让更多千里马竞相奔腾。在人才选用上既突破“孩子是自己的好”的门户之见，又不囿于“外来和尚会念经”的片面认识，才能真正聚天下英才而用之，为实现中华民族伟大复兴中国梦汇聚浩浩荡荡人才大军，为建设科技强国奠定坚实的智力基础。