下一代国家超算基础设施如何建设？钱德沛院士来支招

“今年，Frontier成为世界上第一台打破百亿亿级计算瓶颈的超级计算机，表明当前高性能计算（HPC）正式进入E时代。一台E级计算机，相当于约100万台个人笔记本电脑同时计算。”12月8日上午，中国科学院院士、北京航空航天大学教授钱德沛在CNCC2022中国计算机大会上作特邀报告时如是说。

中国科学院院士钱德沛。(资料图片)

今年，CNCC2022中国计算机大会以全线上方式举行，围绕“算力、数据、生态”主题，钱德沛佩院士介绍了其主持研发的国家高性能计算基础设施CNGrid，以及“东数西算”战略工程背景下我国算力发展出现的新趋势和面临的新挑战，并对此提出需要重点关注的问题。

从云计算到边缘计算，让用户体验更好

近二十年来，分布式计算经历了从网格计算到云计算的转变。算力网作为一种覆盖超算中心、数据中心等大型异构算力资源的新型国家级算力基础设施，通过用高速网络连接分布在不同地域的异构计算中心，形成一台跨地域部署的“大计算机”，实现多中心间的资源共享、自主协作与统一服务，以提升各算力中心的整体运行效率、系统能效和服务能力。

钱德沛院士长期从事计算机体系结构和高性能计算系统研究，解决了基于分散、异构、动态资源构建网络计算环境的关键技术问题。他主持或参与国家自然科学基金项目、863计划课题、973子项目和其他科技项目数十项，提出改善众核并行编程的系统性方法，促进了高性能计算的普及应用。

“过去，用户都需要自行采购计算机、部署自己的软件来构造IT系统，现在只需要到云上租赁资源、部署软件就可以方便生成自己的IT应用系统。”钱德沛表示，2006年兴起的云计算是网络计算技术和应用模式的一次大变革，被虚拟化的云资源可以动态升级，让所有云计算用户通过网络更方便地使用云上资源，它的出现改变了传统IT应用系统的部署运行方式。

目前，物联网和移动互联网应用的发展催生了另外一种边缘计算技术形态。钱德沛院士介绍，边缘计算的出发点是让程序、数据和计算能力更贴近端用户，而不是更靠近中心的云。这主要是为了减少数据移动，降低数据传输延迟，同时降低端系统和数据中心之间网络带宽需求，使得IT应用的成本更低，用户体验更好。

“随着边缘计算技术的进步，云-边-端协调融合的IT应用模式将逐渐成为主流，形成覆盖更宽广应用领域的计算基础设施新形态。”钱德沛院士认为。

算力需求上升，高性能计算聚焦三大任务

当前，科学研究、产业升级转型和人工智能应用对算力的需求越来越大，随着应用多样化，算力中心呈多样化发展。我国用20多年的时间进入世界高性能计算第一梯队，排名和美国、日本交替领先。

中国研发的国家级高性能计算基础设施CNGrid，拥有19个超算中心，支持了3000多项国家重大科技与工程项目。钱德沛院士表示，作为国家算力基础的重要组成部分，超算应该在“东数西算”战略背景下进一步提升其基础设施形态，基于CNGrid构建下一代国家超算基础设施CNGrid-NG。

构建下一代国家超算基础设施。(网络图片)

钱德沛院士指出，计算机性能从数十亿次到千万亿次(P级)发展到今天的百亿亿次(E级)，这种计算速度的进步非常难得。在当前构建国家高性能计算基础设施中仍面临一些关键问题,包括如何以网上分散、异构、动态、自治的资源构建国家高性能计算环境，如何以公共计算设施支持个性化的领域应用，以及在分布异构环境下开发大规模并行应用程序。

“在过去20年的发展中，我们始终坚持机器、应用和环境的协调发展。通过建造世界一流的机器提供强大算力，通过建设网络计算环境让算力随处可得，同时发展大规模并行计算技术让算力发挥最大的效率。”钱德沛院士说，“十四五”时期仍将坚持这一路线，在高性能计算方向聚焦三大任务。即新一代高性能计算机系统的研发、高性能计算机应用关键技术和领域应用软件的研发，以及依托国家超算基础设施的领域应用平台研发。

“我们的总体思路是把分散在各地的计算资源看作一台超级计算机，通过研发系统软件，实现资源聚合、统一管理调度和有效使用。”钱德沛认为，面对算力发展出现的新趋势和新挑战，要研发更强大的高性能计算机系统，解决分散异构、动态资源的聚合、调度管理和共享问题，同时，创新网络计算的应用新模式，解决公共计算平台承载个性化应用的问题。

在钱德沛院士看来，下一代国家超算基础设施CNGrid-NG有三层架构，底层是基础算力层，中间是运行管理层，再上边是运营服务层。具体来说，可由运行管理层负责全局资源调度，提高利用率；运营商/运营中心基于CNGrid-NG构建超算应用网，开办超算应用商店，为软件研发者/服务提供者提供平台，催生超算领域新兴业态，并向人工智能、大数据等领域拓展。