超級計算機--大國博弈的舞臺

超級計算機--大國博弈的舞臺

近日,英國政府表示,計劃投資12億英鎊(約合16億美元)開發超級計算機,以提供更準確的天氣和氣候預報。

超級計算機具有很強的計算和處理數據的能力,主要應用於航空航天、氣象預報、礦產勘探、生物工程等領域,是一個國家科技實力的體現,在一定程度上決定著國家競爭的成敗。

截止2019年11月,全球計算能力前十位的超級計算機排位如下:1、Summit(美國);2、Sierra(美國);3、神威 太湖之光(中國);4、天河二號(中國);5、Frontera(美國);6、Piz Daint (瑞士);7、Trinity (美國);8、ABCI(日本);9、SuperMUC-NG(德國);10、Lassen(美國)。

10年前,我國首臺千萬億次超級計算機“天河一號”一期系統研製成功,自此成為 繼美國之後第二個能夠研製千萬億次超級計算機的國家,並於次年摘取世界運算速度最快的超算桂冠。

10年後,中國超算研發向著新一代百億億次超算(E級)挺進,接連有3臺原型機誕生,有望作為國家重大基礎設施支撐科技創新飛躍。

而挑戰也撲面而來。就在不久前,中科曙光、天津海光、成都海光集成電路、成都海光微電子技術和無錫江南計算技術研究所5家機構,被美國商務部列入所謂“實體清單”。中科曙光與江南計算技術研究所正是其中的兩家E級超算原型機的研製方。

一場E級超算“搶位戰”已經打響。

目前,我國大型科學計算的應用軟件基本上依靠進口。一些國家重大行業企業研發了部分應用軟件系統,但多數停留於自研自用,缺少相應的產業化工作,商業推廣應用能力不足,較難被行業更多用戶認可。我國超算經費用於應用軟件開發的還不到10%,約為美國的1/6。 補齊軟件短板的關鍵是人才,但目前能培養高性能計算軟件人才的大學很少。

  另一個薄弱環節是企業應用。美國公司的超算系統規模是中國公司的10倍多。例如,汽車行業的通用、克萊斯勒等公司,每家都有10多個超算系統;英國石油公司(BP)也有世界上最大的工業用超級計算機。而在我國,使用高性能計算機較多的是百度、阿里巴巴、騰訊等網絡服務公司,在製造業的應用規模較小。只有通過企業的工業化設計,採用標準化組件和Scaledown技術,才能使小規模的高性能計算機具有很高的性價比,通過批量銷售覆蓋NRE成本,使國家科研投入獲得較高回報。 因此, 我國超算技術研發應該結合產業和用戶迫切需求進行佈局,

堅持技術創新與產業化結合,堅持設計與開發一流品質的產品,肩負起超算產業市場推廣和產業輻射的重任,讓超算更多造福於社會。

  經過40年的創新發展,我國超算正在從以政府主導的機器研製帶動應用發展階段,進入以應用需求引領系統研製的階段。超級計算能力只有實際應用於科研與產業,切實推動科技創新,提升工程設計和科學認識水平,才能實現其核心價值。因此,我國超級計算能力的提升,亟需從基礎研究、技術突破、產品研發到應用推廣的協作有效運行。 以應用為牽引、以解決實際需求為導向,應是我國超算進一步發展的基本出發點。

  從這一目標出發,發展超算應注重以下問題:

  一是國家在安排高性能計算重大科研工程任務時,應同時重視基礎性的研究,例如變革性系統結構和顛覆性器件研究,如新型存儲器件,超導、量子、光子器件等,以及幾種器件的跨界協同設計。降低功耗的技術突破應擺在最優先的位置。

  二是要抓住新型超級計算機的戰略機遇,從“標準跟隨”轉變為“標準主導”,重視新型超級計算機系統的評估體系建設,重視基礎和主幹的技術創新,從而有機會引領產業發展。

  三是發展超級計算機一定要有國家戰略導向以及戰略中的挑戰問題導向。在研製之前,應用部門要把急需解決的挑戰問題以基準測試標準(Benchmarks)的方式明確提出來,以可考核的應用性能指標來評價正在研製的計算機,這也便於超算的後續應用和產業化推廣。

  四是超算行業應努力構建一個涵蓋系統硬件、系統軟件、開發工具、應用軟件包括人才隊伍的生態環境。

  目前我國在超算系統建造技術方面已居世界前列,但超算產業技術複雜、研製週期長、投資巨大、參與部門多、輻射面廣,需要多方協同建設先進的超算生態環境,並在體制機制方面加快創新探索。

  五是國家超算中心建設應各具特色,各有側重。目前我國已經建設了深圳、天津、無錫、長沙、廣州和濟南6個國家超級計算中心,應鼓勵把現有的超算中心建設成為各具特色、聚焦於不同學科領域的合作交流平臺、人才培養平臺和應用開發平臺,形成科技創新帶動的產業化集群中心,更多地服務於區域產業結構升級。

  此外,國家應該鼓勵高校和企業合作,積極拓展多種形式的學術界和產業界人才培養模式,加強國內外人才交流合作。

美、日等國普遍預計2020~2021年,百億億次的E級超級計算機將登上歷史舞臺,並對此早有佈局。我國的“天河”“神威”曙光以及聯想等公司也都在積極研發超算技術。但相比美國長期在系統研製、計算應用、超算服務等方面的領先優勢, 要想在核心技術首創方面有所突破,我國還有很長的路要走。


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