世界超级计算机的中国速度

世界超级计算机的中国速度 前不久，中国一台名为“天河二号”的超级计算机，以每秒33.86千万亿次的持续计算速度，“跑”出了威震四座的惊人纪录，比此前全球最快的美国“泰坦”还要快上74%。这是继2010年11月天河一号之后，中国超级计算机再次重返世界之巅，并与“天宫”、“神舟”一道，成为国家竞争力提升的又一重要象征。 不久前，国际TOP500组织在德国莱比锡公布了最新全球超级计算机500强排行榜榜单，中国国防科学技术大学研制的天河二号以每秒33.86千万亿次的持续计算速度，成为全球最快的超级计算机。这是时隔两年半之后，中国超级计算机重返“世界第一”宝座。对此，专家们表示，由于天河二号的速度比第二名快近一倍，中国有可能保持桂冠至少一年时间。今后，全球最快超级计算机的位置，将可能出现由中、美、日、欧四强的计算机交替把持的局面。 这种超级计算机的问世，不仅对我国信息技术产业发展有重大意义，对国防、航天等领域将产生重大突破，而且对正在实施的“宽带中国”战略，也会有重大的推动作用。 超级计算机的前世今生 从全球视角来看，究竟是谁最早提出了超级计算机的概念？至今仍存在很大争议。有人说是最早开发集成电路的肖克利，在自己的工作日记中透露了超级计算机的构思，也有人说是当时为军方服务的LawrenceLivermore国家实验室的想法。但根据相关资料研究，真正意义上研发出符合超级计算机定义产品的人应该是西蒙？克雷（Seymour Cray）博士，此人后来被西方称为“超级计算机之父”。 1925年9月，克雷出生在美国威斯康星州的一个工程师世家。1960年，刚成立三年的控制数据公司（CDC）接受美国原子能委员会的委托，克雷带领34人研究小组“隐士攻关”。1963年8月，克雷公布CDC6600超级计算机，共安装了35万个晶体管，运算速度为300万次，是其他电脑的10倍。尽管克雷在上个世纪六十年代成功开发了第一代超级计算机，但是真正将这个产品应用起来的还是LawrenceLivermore国家实验室和另一位超级计算机设计者Frank McMa hon，目的是为了克服当时磁芯存储器存在的延时问题。1971年前后Frank McMa hon将这种想法成功地应用于CDCTAR超级计算机的处理器CDC7600上。值得一提的是1975年诞生的“克雷1号”，实现了当时绝无仅有的超高速可持续保持每秒1亿次运算。 1992年，英特尔推出Paragon超级计算机，它成为历史上第一台突破万亿次浮点计算屏障的超级计算器。紧接着，IBM的SP2、日立公司的SR2201和SGI公司的Origin2000超级计算机先后出现。1996年12月，SGI公司研制出一台具有256个处理器的超级计算机安装在美国国家实验室，运算速度达到了30000亿次。进入2000年之后，超级计算机的竞争日渐激烈，日本和美国成为最大的竞争对手，2003年世界前10名的超级计算机名单中，日本的“地球模拟器”排在榜首，后面全是清一色的美国产品。在厂商之间，IBM、英特尔、DELL、NEC和SGI的竞争更激烈，近来苹果又加入这一行列，G5苹果超级计算机后来居上，超过英特尔居于排行榜第三位。在中国，联想和曙光同时开发了国产超级计算机，在全球500强超级计算机中能够看到中国人的身影。 世界上第一台数字电子计算机诞生于1946年。1956年，在总理亲自主持制定的十二年科学技术发展规划中，就把计算机列为发展科学技术的重点之一，并筹建了中国第一个计算技术研究所。我国从1957年开始研制通用数字电子计算机，1958年8月1日该机可以表演短程序运行，标志着我国第一台电子计算机诞生。为纪念这个日子，该机定名为“八一型数字电子计算机”，后改名为“103型计算机”。 截至目前，中国超级计算机发展大体经历了三个阶段：第一阶段，自上世纪六十年代末到七十年代末，主要从事大型机的并行处理技术研究；第二阶段，自上世纪七十年代末至八十年代末，主要从事向量机及并行处理系统的研制；第三阶段，自上世纪八十年代末至今，主要从事MPP系统及工作站集群系统的研制。经过几十年不懈努力，我国的高端计算机系统研制已取得了丰硕成果，“银河”、“曙光”、“神威”、“深腾”等一批国产高端计算机系统的出现，使我国成为继美国、日本之后，第三个具备研究高端计算机系统能力的国家，这是在主要由美国占绝对垄断的全球超级计算机领域里，中国科学家取得的历史性突破。 创造，抢占技术制高点 据全球超级计算机500强排行榜最新显示，中国“天河二号”以每秒33.86千万亿次的运算速度名列榜首，比排名第二的美国“泰坦”每秒17.59千万亿次的运算速度高出近一倍，排名第三的是美国“红杉”，日本“京”和美国“米拉”分列四、五名。不过在500强榜单前五名中，有3个来自美国，而在全部500强中有250多台为美国所拥有，这说明美国仍是超级计算机运用最为广泛的国家，美国在这一领域的技术力量不可低估。 超级计算机的问世，只是抢占高技术领域战略制高点的一个突破。“超级计算机研制难，用好更难。这是国际超算领域的普遍认识。”据悉，在天河二号研制中，攻关组的技术人员认真分析总结天河一号的研制与应用经验，对市场需求进行深入调研，历时近3年时间，再次取得重大突破。对于超级计算机的应用，很多老百姓可能认为离日常生活太远，因此关注较少，其实，利用“天河”渲染制作的国产电影关云长、新版电视剧西游记以及美国电影生化危机2等，早已走进影院、搬上荧屏。而这，只是超算应用在百姓生活中的一个缩影。 超级计算机能做什么？这是很多人看到“天河号”消息后的第一反应，事实上它的用途非常广泛交通工具制造：认识和改进交通工具的空气/流体动力结构、燃料消耗和防撞强度，提高乘坐者舒适度。气候问题：借助超算建模预测气候变化，防范和减轻气候变化带来的破坏。生物信息：从基因学的数据密集型研究到细胞网络模拟和大规模系统建模，帮助寻找疾病治疗的革命性方法。地震监测：对地震的模拟将帮助探索地震预测新方法，通过预警减少伤亡和损失的风险。公共健康：可对影响社会的健康和安全事件进行模拟，为可能发生的大规模污染和灾难等提出应对措施和规划几乎在所有领域，超级计算机都可大显身手。 超级计算机是世界高技术领域的战略制高点，是一个国家科技竞争力和综合国力的重要标志。对此，日本东京工业大学教授松冈聪表示，“中国的超级计算机取得了飞跃，估计在今后两年将继续保持世界第一。在超级计算机的开发上，可以说真正进入了美、日、欧、中四强时代”。美国加州计算机工程师比尔？贝德也认为，“超级计算机是国家竞争力的象征，中国在不出3年的时间里两度研发出全球速度最快的超级计算机，显示了中国科技实力的巨大进步。” 在超级计算机研发方面，日本、欧洲同样具有较强实力，今后的国际竞争将更加激烈。面对异常激烈的技术竞争，唯有在技术创新和创造中不断超越自我，始终瞄准高技术领域的前沿，才能为自己创造新的未来。近来，美国的“棱镜门”事件，引发全球对美国的信任危机，为什么美国能“窥视”全球？控制前沿高技术可以说是必备的基础。尽管许多国家包括美国盟友对此抱怨不断，但也显得无可奈何，因为核心技术掌握在美国人手里。我国的互联网产业发展速度惊人，手机用户世界第一，但网络信息安全等问题却令人担忧，超级计算机的发展能否尽快应用到“宽带中国”战略上来，值得各方期待。 创新，向全国产化迈进 在2013国际超级计算大会上，天河二号的性能介绍引来阵阵掌声。天河二号内存总容量1400万亿字节，存储总容量12400万亿字节，最大运行功耗17.8兆瓦，持续计算速度约为美国“泰坦”的2倍，计算密度是“泰坦”的2.5倍，能效比相当。天河二号副总设计师胡庆丰研究员介绍说：“打个比方，天河二号运算1小时，相当于13亿人同时用计算器计算1000年，其存储总容量相当于可存储每册10万字的图书600亿册。”对此，德国明镜周刊惊叹，世界上原先最快的超级计算机与中国的天河二号比起来就跟算盘一样。日本朝日新闻称，中国超级计算机自2010年秋季以来重返世界之巅，展现了远远超过第二名的优势，天河二号在技术水平等方面获得专家的高度评价。 那么，高性能、高能效从何而来？在天河二号工程负责人看来，这一切都源于瞄准国际前沿的自主创新，是自主创新推动了中国超算的跨越式发展。世界超级计算机的发展历程表明，计算能力每提高一个量级，都需要体系结构的创新和一系列关键技术的新突破。在天河一号研制中，科研人员首创了CPU+GPU的异构融合计算体系结构，引领了世界超算的发展方向。 2010年11月，中国的天河一号超级计算机首次夺取超级计算机500强榜首，但仅过了半年，便被日本理化研究所的“京”超越。2012年6月和11月，美国的超级计算机“红杉”和“泰坦”先后在排行榜上夺魁，天河一号排名滑落至第八名。那么，如今的天河二号能保持世界第一多久？毕竟，“相互超越很可能成为今后世界超算强国竞争的常态。” 今年5月，超级计算机500强排行榜主要编撰人之一、美国田纳西大学教授杰克？唐加拉曾对天河二号进行了现场考察，认为“天河二号颇富中国特色，互联网络、操作系统、前端处理器、软件等都主要由中国技术人员发明创造”。美国计算机世界杂志认为，除非在亿亿次级超级计算机的研发上投入亿万美元，否则美国将失去超级计算机领域的传统领先地位。杂志称，中国正朝着建造全部采用本国部件的超级计算机迈进，包括100%采用中国芯片。 在业界看来，尽管天河二号仍主要采用英特尔公司芯片，但中国自主研发的芯片达到4000块左右，显示出中国超级计算机对国外技术的依赖正在减弱。在一些美国传统的领先领域，中国正切切实实地加入比赛，并且获得胜利。而有能力挑战天河二号的美国超级计算机，最快也要2015年才会问世，“如果任何人认为中国发展超级计算机只是一个噱头，那么天河二号便可证明他们大错特错了。” 超级计算机是国家科研的一个基础工具，为解决经济、科技等领域一系列挑战提供了重要手段，对提升综合国力也具有战略意义。天河二号登顶固然让人高兴，但也应看到，全球超级计算机格局并没有改变，第一序列依然是美国，中国、日本、英国、法国和德国只能在第二序列中争先，要真正在超级计算机的数量和整体实力等方面追赶上美国并达到世界顶峰，还有很长的一段路要走。第 7 页 共 7 页