6月20日，德國法蘭克福國際超算大會（ISC）公布了新一期全球超級計算機TOP500榜單，由國家並行計算機工程技術研究中心研制的“神威·太湖之光”以超第二名近三倍的運算速度奪得第一。更令人振奮的是，該套系統實現了包括處理器在內的所有核心部件全國產化。

　　超級計算機新霸主運算速度到底有多快？全國產化意味著什麼概念，中國超算是否已經邁上世界之巔？記者走進負責該系統運營和維護的國家超級計算無錫中心，為你揭開“神威·太湖之光”的神秘面紗。

　　到底有多快

　　共有40960塊處理器，性能相當於200多萬台普通電腦

　　系統的峰值性能125.436PFlops，世界第一﹔

　　持續性能93.015PFlops，世界第一﹔

　　性能功耗比6051MFlops/W，還是世界第一。

　　國際超算大會上傳來的消息光看數據讓人不明就裡。

　　“簡單來說，這套系統1分鐘的計算能力，相當於全球72億人同時用計算器不間斷計算32年﹔如果用2016年生產的主流筆記本電腦或個人台式機作參照，‘太湖之光’相當於200多萬台普通電腦。”國家超級計算無錫中心主任楊廣文介紹。

　　走進國家超級計算無錫中心，1000平方米的房間內，記者看到了“神威·太湖之光”的“真身”：

　　由40個運算機櫃和8個網絡機櫃組成。每個運算機櫃比家用的雙門冰箱略大，打開櫃門，4塊由32塊運算插件組成的超節點分布其中。每個插件由4個運算節點板組成，一個運算節點板又含2塊“申威26010”高性能處理器。一台機櫃就有1024塊處理器，整台“神威·太湖之光”共有40960塊處理器。

　　致力超算研究的意義不僅僅是“速度戰”，更重要的是贏得“應用戰”。

　　國家超級計算無錫中心副主任付昊桓介紹，依托“神威·太湖之光”，以清華大學為主體的科研團隊首次實現了百萬核規模的全球10公裡高分辨率地球系統數值模擬，這一成果將全面提高我國應對極端氣候和自然災害的減災防災能力﹔國家計算流體力學實驗室對“天宮一號”返回路徑的數值模擬結果令人振奮，將為“天宮一號”順利回家提供精確預測﹔上海藥物所開展的藥物篩選和疾病機理研究，短短兩周就完成常規需要10個月的計算，大大加速了白血病、癌症、禽流感等方向的藥物設計進度……

　　此外，“神威·太湖之光”還在綠色節能方面取得突破。楊廣文說，過去超級計算機的用電量堪比一個中小城市，業界因此把能效比作為衡量其先進性的重要指標。“從低功耗、高集成度的處理器設計，到高速高密度的工程實現技術﹔從世界領先的高效水冷技術，到軟硬件協同、智能化的功耗控制方法，‘神威·太湖之光’實現了層次化、全方位的綠色節能。”

　　究竟有多難

　　從“玻璃房”到“限售”，25平方厘米的中國芯打破30年技術封鎖

　　30年前，中國的超級計算機用戶有一個神秘的“玻璃房”：美國人把一台超級計算機賣給中國，用不透明的玻璃包裹得嚴嚴實實，中國技術人員沒有授權不得入內。

　　北京師范大學全球變化與地球系統科學研究院王蘭寧教授至今記得這個中國土地上的“技術飛地”。“全國隻有幾個有授權的科學家能夠進入玻璃房，而且是在美國人的監視下，一旦程序運行完，機器立即被鎖回玻璃房。那個所謂的超算速度，在今天看來充其量是一台高性能電腦，但對於當時的中國來說，卻是一個難以企及的高峰。”

　　上世紀80年代，我國已逐步邁入獨立設計和制造巨型機的國家之列，但卻因核心處理器等關鍵部件與技術的短板隻能受制於人，直接導致了我國雖是國外超級計算機“大買家”，卻無法擁有匹配的“議價權”。

　　步入“十二五”，在國家863項目重點支持下，我國超級計算發展不斷取得突破。“天河二號”問鼎“六連冠”的同時，在全球超級計算機500強榜單上，中國制造的名單正越來越長，這引起了美國的警惕。2015年4月，美國政府宣布，把與超級計算機相關的4家中國機構列入限制出口名單，目的就在於通過限售，鎖死中國超算快速發展的腳步。

　　正是這種封鎖帶來的激勵，讓我國下大力氣研發全國產化的“神威”系列超級計算機，直至此次登頂國際榜單。

　　由此，隻有5厘米見方的薄塊“申威26010”不僅成為“神威·太湖之光”的心臟，也成為我國自主研發打破30年技術封鎖的一柄利器。25平方厘米的方寸之間，集成了260個運算核心，數十億晶體管，達到了每秒3萬多億次計算能力。

　　中科院計算所研究員、並行計算專家張雲泉表示，與“天河二號”使用英特爾芯片不一樣，“神威·太湖之光”是首次完全用“中國芯”制造的中國最強大的超級計算機。國際TOP500組織在一份聲明中寫道：“中國在國際TOP500組織第四十七期榜單上保持第一名的位置，憑借的是一個完全基於中國設計、制造處理器而打造的新系統。”

　　楊廣文說，關於是否應該自主研發核心處理器的爭議一直存在，有人說做了這麼多年沒有做起來，干脆不要做了，“抱養”一個好了。還有聲音說，引進、吸收、再創新的高鐵模式就很好，為什麼非要關起門搞自主生態？“如果沒有堅持完全自主生態，沒有搞十幾年不行，再搞十幾年的勁頭，不可能有今天核心指標齊頭並進的神威。”國家並行計算機工程技術研究中心副主任梁軍說。

　　還有啥短板

　　應用能力不足，相關軟件為國外壟斷，中國超算離世界之巔仍有差距

　　超級計算機是國家科技綜合實力的體現，從高端材料，到生命科學，再到深海探測、空間技術各領域，都離不開超算的支撐。這次好消息一出，有人認為中國超算從此穩穩地屹立世界之巔了。

　　真的是這樣嗎？

　　楊廣文表示，不可否認，“神威·太湖之光”的成功，標志著我國超級計算機研制能力已位居世界領先水平，但在技術儲備、系統穩定性方面與發達國家仍有明顯差距。

　　速度之爭是超算領域最為直接的對決。與“天河二號”“六連冠”的輝煌相比，此次登頂的“神威·太湖之光”要想長期佔據世界第一的地位變得異常艱難。去年7月，美國啟動“國家戰略計算計劃”，目標是到2025年建造世界上運算最快的計算機。

　　“未來五到十年，從每秒十億億次到每秒百億億次是超算發展的決勝之地。”國家並行計算中心的相關科研人員表示，雖然超算大國都在進行部署，但其中需要解決的技術關鍵環節非常多，以能耗為例，“神威·太湖之光”一年的用電量達到15兆瓦，相當於3個清華大學的用電量。以現有技術即使能夠實現百億億次，能源消耗將十分驚人。

　　更為關鍵的是，無論速度有多快，發展超算始終是為了“致用”，而這仍然是當前我國超算發展的短板。

　　中科院計算機網絡信息中心研究員張鑒表示，我國利用超算系統解決問題的能力長期不足，相關商業應用軟件仍為國外壟斷，在軟件研制、應用開發和人才培養方面有待進一步提高。將“制好”轉化為“用好”，才能真正實現對產業創新與升級的帶動。

　　（綜合本報記者王偉健、喻思孌及新華社記者蔣芳、蔡玉高報道）

　　《 人民日報 》（ 2016年06月21日 14 版）

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