領先美國!世界首台E級超算原型機建成:晶片全都我們自己造

領先美國!世界首臺E級超算原型機建成:芯片全都我們自己造

7月27日,我國自行研製,且主要芯片完全獨立自主研發的天河三號E級超算原型機系統”(一秒運算百億億次,也被稱為E級超級計算機 或1000P級別超級計算機)已在國家超級計算天津中心完成研製部署,該系統由國防科技大學牽頭研製,是我國三大E級超級計算機首個原型機系統,據悉,我國另一臺E級原型機——神威E級原型機在國家超算濟南中心開始安裝,也將在年內投入使用,目前,我國利用E級原型機的研製驗收關鍵技術,未來可擴展至實用型型號,為了儘量避免失敗,2016年科技部立項了3臺原型機進行驗證,除了上面天河三號E級超算、神威E級超算,還有曙光某型E級超算,他們分別預計完成時間是2020年、2021年和2022年。除去為了避免研製過程中出現問題之外,我國為何要同時推進三個E級超算原型機項目呢?

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實際上,世界各主要超算強國都在加快自己的E級超算研製,E級超算的運算速度是目前世界第一的“summit”超級計算機的五倍還多,由於自2015年以來,我國超級計算機長期稱霸TOP500超算排行榜,這給美方巨大的心理震撼,2015年當年,美方開始加速研製新一代超級計算機,其E級超算計劃在2021年推出,而日本的“post K”E級超算計劃2020年前完成,可以說在全世界E級超算研製的競賽已經日趨白熱化,目前,各國紛紛加強高性能計算研發佈局和應用拓展,我國已做好百億億次計算的三大戰略部署,世界各國新一輪超算競爭已經開始,那麼又是什麼讓超算變得這麼火?讓幾個大國爭先恐後呢?

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通常來說,E級超算的研究不僅僅對國家科技發展有極為重要的作用,對國家安全具有舉足輕重的意義。高性能超級計算機應用大致可分為以下幾個主要方向,一類是與國家安全密切相關的使命性應用,如美能源部各國家實驗室所從事的核武器設計、試驗、改進和安全儲存的研究,需要超級計算機進行全物理、全系統、真三維的數值模擬;一類是解決能源、環境、健康等方面重大挑戰性問題的應用,例如聚變能源、全球氣候變化、新材料設計、新藥創制等; 還有一類是以計算促進基礎科學研究和重大科學發現,例如在宇宙起源、腦功能、基因和蛋白質組學、計算物理、計算化學、計算材料等方面的應用,總體上來說,未來核武器研製和開發離不開E級超算,未來航空航天飛行器設計和製造離不開E級超算。

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我們以飛機制造為例子,飛機制造可謂是航空航天事業中最為精密的一個部分,大到飛機機身外殼、兩側機翼外殼,小到駕駛艙的一個指針、油箱上的一顆螺絲,這無疑對製造業而言是個考驗。然而超級計算機時代的到來,讓飛機制造行業發生了天翻地覆的變化。首先在飛機整體設計出來之後,製造廠將應用超級計算機提供的高端技術進行飛機虛擬製造仿真,通過相關軟件將飛機拆分成每一個細小的部分,實現分部仿真製造,並且模擬從飛機零件製造到裝配的整個過程。當然,我們必須瞭解到,把“超級計算機世界第一”當做“強國必備”榮耀的想法已經過時。超級計算機在今天其實早就不是代表大國崛起、提振民族自豪感的東西了,而是實實在在的工具。

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而對於工具,實用、高效和划算這些才是最重要的特質,為此,我國實現國產超級計算機的核心零組件,包括芯片在內的全面國產化就是為了防止在應用過程中被人卡脖子。目前,我國已建成由17個高性能計算中心構成的國家高性能計算服務環境,資源能力位居世界前列,尖端成果不斷湧現。我國研製的超級計算機已連續10次在以Linpack性能排名的HPC TOP500中奪冠,我國學者開發的超算應用還連續兩次獲得ACM戈登·貝爾獎,說明我國不但能造出世界上速度最快的計算機,而且能在超級計算機上實現其他國家還做不到的實際應用,高性能計算已像航天和高鐵一樣成為我國的“名片”。


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