中國超算支撐關鍵產業實現跨越式發展

2019年07月29日08:11  來源:經濟參考報
 
原標題:中國超算支撐關鍵產業實現跨越式發展

  在天津濱海新區舉行的“紀念中國超級計算事業發展四十年暨國家超級計算天津中心成立十周年”活動現場展示的“天河三號”原型機上部分自主創新配件。 記者 毛振華 攝

  編者按

  作為國家重大科研基礎設施,超級計算機是真正意義上的“大國重器”。當前,我國超算事業已走過了40余年的發展歷程,不但實現了自主創新的諸多“第一”突破,而且接連幾代超算還登上了世界速度巔峰。隨著根基逐漸打牢,我國超算事業上接天氣、下接地氣,加快服務於產業創新,正在構建起產業發展的核心支撐力。

  從“銀河”的歷史性突破,到“天河”“神威”等一系列超級計算機向世界展現“中國速度”,過去40年,依托國家級超算中心建設,在國家和地方的協同支持下,中國超算事業發展進入了快車道,支撐著諸多產業實現發展突破。

  超算中心星羅棋布

  前不久,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兩家E級超算原型機的研制方。

  我國超算事業尤其是E級超算研發是否會就此停滯?這是外界最為關心的話題。相關專家向記者透露,一方面,我國超算事業正在形成整體發展優勢,不會因為個別企業被封鎖就陷入困境﹔另一方面,加快自主創新早已成為超算業界發展的共識,獨立研制E級超算已經在進行中。

  回顧這些年發展歷程,我國超算事業從無到有,當前更進一步向著超算大國、強國不斷邁進。截至目前,我國先后在天津、長沙、廣州等地建成6家國家級超算中心,為創新驅動發展提供了新動能。

  早在2009年5月,科技部批准成立國家超級計算天津中心,隨后又批准成立了深圳、濟南、長沙、廣州、無錫國家級超算中心。“天河一號”“神威藍光”“曙光星雲”“天河二號”“神威·太湖之光”等一批超級計算機在這些國家級超算中心完成部署和應用,開創了中國自主超級計算技術創新與產業化的跨越式發展新歷程。

  位於天津開發區的國家超算天津中心成立最早,這裡部署著我國首台千萬億次超算“天河一號”。天津濱海新區區委書記張玉卓表示,自2008年濱海新區與國防科技大學簽署全面科技合作協議以來,雙方走出了一條軍民融合發展創新之路,“‘天河一號’不但廣泛應用於經濟、科技等諸多領域,而且為科技創新產業發展提供了有力支撐。”

  國防科大副校長黎湘說,圍繞超級計算技術創新成果轉化,天津逐步建立起從高性能芯片、自主操作系統、高性能服務器、數據庫等較為完善的自主信息產業,成為高端信息技術創新、轉化和引領的示范基地。

  從“銀河”的歷史性突破,到“天河”“神威”等一系列超級計算機在世界范圍內叫響“中國速度”的品牌,過去40年是中國超算事業不斷突破的40年。在實踐中,依托國家級超算中心建設,在國家和地方的協同支持下,中國超算事業發展進入了快車道。

  “超級計算機已成為體現國家創新能力的國之利器。”科技部高新司副司長梅建平表示,我國將研究建設完善國家超算基礎設施,從全國一盤棋來設計和整體布局,支持在重點區域建設國家級超算中心,“希望這些超算中心連接起來,成為真正的國家超算網絡,形成全國超算資源共享的新格局。”

  應用為先支撐創新

  與歐美超級計算機大都安置在重點實驗室,主要服務於學術機構及高校不同,我國超算“開門”搞科研,注重加快技術創新與應用創新的深度融合,攻關重大應用領域,鍛造產業發展不可或缺的“國之利器”。

  安置在國家超算天津中心的“天河一號”是應用的典范。該中心主任劉光明介紹,“天河一號”不但支撐著諸多產業實現發展突破,而且構建起了它們的核心支撐力。

  走進“天河一號”機房可以看到,140個黑色機櫃分多列排開,指示燈有規律地閃爍。國家超算天津中心應用研發部部長孟祥飛介紹說,“天河一號”如今實現滿負荷運行,每天並發在線計算任務數超過1400項,做到了真正的“中看又中用”。

  “天河一號”已應用10年,是世界上連續穩定運行時間最長的超級計算機。它在“算天”“算地”“算人”上持續服務於航空航天、氣象預報、宇宙演化模擬、抗震分析等科研創新。每天服務8000多個科研計算任務,累計支持國家科技重大專項和研發計劃等超過1600項,為石油資源開發、裝備制造、生物醫藥等行業企業累計帶來經濟效益近百億元。

  在高端裝備領域,支撐海洋裝備、無人機等進行數值模擬﹔在生物醫藥領域,支撐艾滋病、胰島素等自主知識產權新藥的研發並獲得重大突破﹔在新材料研發領域,支持200多個從事納米、儲能、超導等新材料的科研團隊開展計算模擬研究。

  中石油東方物探研發中心高級工程師陳繼紅說,基於“天河”平台,以自主高性能勘探數據處理軟件系統為支撐,有力推動物探開展,保障了國家能源安全。

  黎湘表示,社會在不斷進步的同時,仍然面臨許多重大挑戰,這些挑戰包括能源、全球氣候變化、海洋環境、疾病治療等,“解決這些挑戰,我們需要超級計算機。”梅建平也認為,以國家超算天津中心為代表的國家級超算中心、超級計算的研制單位和應用單位,推動中國科技創新的整體發展。超算正日益成為驅動創新,尤其是大型企業產業創新的關鍵力量。

  星辰大海再赴征程

  近年來,E級超算成為各國在超算領域追逐的新目標。美國能源部已委托英特爾和克雷公司,共同建造美國首台E級超算,交付時間在2021年左右﹔歐盟預計於2022年到2023年交付首台E級超算﹔日本發展E級超算的“旗艦2020計劃”由日本理化所主導,完成時間設定在2020年。

  “它將是現有超算性能上的一次巨大飛躍。”孟祥飛說,E級超級計算機有望在氣候科學、可再生能源、基因組學、天體物理學以及人工智能等領域“大顯身手”,協助解決目前無法解決的難題,被公認為“超算界的下一頂皇冠”。

  也正因為此,一旦率先研發出E級超算,不但將摘取世界超算桂冠,而且作為一項科研領域重大基礎設施,將對諸多尖端領域產生重大且深遠的影響。

  我國在E級超算領域早已起航。2018年7月,自主研發的“天河三號”E級原型機在國家超算天津中心完成研制部署並通過驗收。劉光明預計,整機在2021年左右完成研制,屆時運算能力將比“天河一號”提高200倍以上,實現跨越式提升。

  在“天河三號”E級原型機系統項目實施中,科研團隊專門自主設計了三款芯片:“邁創”眾核處理器(Matrix-2000+)、高速互連控制器、互連接口控制器﹔自主設計了四類計算、存儲和服務結點,十余種印制電路板,核心關鍵技術上實現整體自主可控。

  原型機系統研制成功后,該中心隨即啟動了大規模的計算應用測試,用數據說話。孟祥飛說,測試涉及國家12個重大創新專項領域、數十個國家重點研發計劃。在不到一個月的時間裡,多個中科院旗下院所以及中國空氣動力研究與發展中心、北京臨近空間飛行器系統工程研究所、清華大學等30余家合作單位輪番上陣,馬不停蹄利用原型機開展一系列大規模並行應用測試,涉及大飛機、航天器、新型發動機、新型反應堆、電磁仿真、新材料新能源、氣候氣象、生物醫藥等領域50余款自主研發高性能軟件和大型開源軟件。測試下的原型機實力不俗。僅6個機櫃就達到了與“天河一號”120個機櫃相當的計算能力。

  石油勘探是超算應用的主要領域之一,稱得上“找油”利器。在原型機上的石油勘探地震正演模擬測試表明,其計算節點中一個核組的性能就達到“天河一號”單節點的1.24倍,而原型機每個節點有12個這樣的核組組成,“找油”更快更准。孟祥飛稱,這說明“天河三號”E級原型機相比“天河一號”具有更好的高速互聯網絡,通信性能優勢明顯。

  緊隨其后,神威E級原型機在國家超級計算濟南中心完成部署。山東省計算中心主任楊美紅表示,原型機的成功研制對E級計算機研制方案和技術路線進行了全面系統驗証,為E級計算機的研制成功鋪平了道路。此外,由中科曙光牽頭的曙光E級原型機系統也已完成。

  從世界各國研發設定的時間節點看,E級超算均預計在2020年至2022年推出,因此今年正是E級超算研發的關鍵沖刺年。基於自主創新的中國E級超算將沿著前人的足跡,繼續夯實根基、加快步伐,向著全新的世界速度之巔發起沖鋒。(記者 毛振華)

(責編:庄紅韜、楊曦)

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