中國超算提速 融合計算成趨勢

　　“融合應(yīng)該是一個趨勢。我們不光看到傳統(tǒng)的高性能計算與AI的融合，還看到計算架構(gòu)的融合，也看到高性能計算也會以云計算的方式來提供服務(wù)。”日前，在2019聯(lián)想全球超算峰會上，中科院計算所所長孫凝暉說。

　　在這次峰會上，聯(lián)想發(fā)布了“深騰X9000融合計算平臺”，以高性能計算集群（HPC）為核心，平臺能夠在一個集群中同時運(yùn)行高性能計算與人工智能開發(fā)作業(yè)，提供統(tǒng)一的資源調(diào)度功能。這是聯(lián)想瞄準(zhǔn)了高性能計算的市場“蛋糕”，準(zhǔn)備以“融合”的方式來破局。

　　近年來，中國超算迅速發(fā)展。但如何讓超算更好地為產(chǎn)業(yè)、生活服務(wù)一直是業(yè)內(nèi)探討的焦點(diǎn)。

　　“早幾年我們一直在說，國產(chǎn)超算，在硬件系統(tǒng)方面走得比較快，但在應(yīng)用方面跟美國、歐洲、日本等，還有比較大的差距。”第34屆國際超級計算大會主席、中國國家超級計算廣州中心主任盧宇彤曾說，以前超算是以系統(tǒng)為中心，關(guān)注優(yōu)化程序，追求更高性能，但是到了超算中心以后，開始向以應(yīng)用為中心轉(zhuǎn)變，讓更多的行業(yè)領(lǐng)域能夠更方便的使用超算。在人工智能、大數(shù)據(jù)和云計算等技術(shù)快速發(fā)展的環(huán)境下，超算與之也有了更深切的結(jié)合點(diǎn)。

　　E級超算制高點(diǎn)“爭奪戰(zhàn)” 

　　毫無疑問，超級計算機(jī)正成為高性能計算式科技進(jìn)步與科學(xué)突破的“發(fā)動機(jī)”。在最新的基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域——諸如大氣變化模擬、核聚變研究、生命科學(xué)、天體物理的研究中，超級計算機(jī)都在扮演越來越重要的角色。

　　10年前，我國首臺千萬億次超級計算機(jī)“天河一號”一期系統(tǒng)研制成功，自此成為繼美國之后第二個能夠研制千萬億次超級計算機(jī)的國家，并于次年摘取世界運(yùn)算速度最快的超算桂冠。

　　而如今，新一代百億億次超算也就是E級超算，成為各國在超算領(lǐng)域追逐的新目標(biāo)。E級超算是指每秒可進(jìn)行百億億次數(shù)學(xué)運(yùn)算的超級計算機(jī)，被全世界公認(rèn)為“超級計算機(jī)界的下一頂皇冠”。

　　E級計算到底有多快？“天河一號”的峰值運(yùn)算速度為每秒4700萬億次，它運(yùn)算1小時，相當(dāng)于全國13億人同時計算340年以上。E級超算的計算速度是“天河一號”的200倍，它運(yùn)算1小時，相當(dāng)于全國13億人民同時計算7萬年以上。

　　中國高性能計算重點(diǎn)研發(fā)專項總體組組長、中山大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)計算機(jī)學(xué)院院長錢德沛介紹，在E級超算上，各國都不愿放棄“制高點(diǎn)”。迄今為止，美國能源部已投入18億美元建造三臺E級超算，第一臺A21將在2021年上半年上市；日本E級超算Fugaku的新一代ARM處理器已經(jīng)完成，擴(kuò)展了512位，內(nèi)存采用了HBM（高帶寬存儲器）處理，“整個系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)內(nèi)存非常高”，計劃于明年推出試用；歐盟也不甘落后，將在2023年左右建立歐洲的E級計算的基礎(chǔ)設(shè)施。

　　我國在E級超算領(lǐng)域也有布局。中國石油東方地球物理公司研究院數(shù)據(jù)處理中心總工程師賴能和拿油氣勘探舉例，“如果沒有高性能計算機(jī)的話，物探很多算法是實(shí)現(xiàn)不了的，也談不上高精度勘探、高精度成像。”他說，做油氣勘探實(shí)際上就是給地球的近地表做CT（電子計算機(jī)斷層掃描），從采集開始就會產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，對計算機(jī)的處理、存儲都有很大的挑戰(zhàn)。而現(xiàn)在，生產(chǎn)的實(shí)際需要對超算的高性能并行架構(gòu)、算法等多方面都提出了更高的要求。

　　“發(fā)展到融合計算是一個自然的進(jìn)程” 

　　“未來十年是體系結(jié)構(gòu)發(fā)展黃金時期”的觀點(diǎn)得到了業(yè)內(nèi)越來越多的認(rèn)可，中國工程院院士李國杰認(rèn)為，目前超算正面臨“70年未有之大變局”。在能效增長遠(yuǎn)低于速度增長，尤其在業(yè)界普遍認(rèn)為摩爾定律正日漸失效的背景下，可能出現(xiàn)一個全新計算機(jī)架構(gòu)的“寒武紀(jì)”大爆發(fā)。

　　聯(lián)想集團(tuán)高級副總裁、數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)集團(tuán)中國區(qū)總裁童夫堯認(rèn)為，高性能計算為人工智能、大數(shù)據(jù)的崛起提供了計算引擎，而人工智能、大數(shù)據(jù)又帶動高性能計算呈現(xiàn)新的發(fā)展形態(tài)。“可以看出，在各個層次上的協(xié)同設(shè)計會成為高性能計算發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)。”李國杰也認(rèn)為，在人工智能飛速發(fā)展的當(dāng)下，面向智能應(yīng)用的超級計算機(jī)是未來二十年需要高度重視的研究方向。

　　一個成功的案例是“初至波自動拾取”。地震發(fā)生后，地震觀測點(diǎn)最先接收到的波稱初至波。賴能和介紹，為了勘探石油，他們必須要進(jìn)行初至波的拾取工作，過去完成一次初至波的拾取會產(chǎn)生30T的數(shù)據(jù)，“30T的數(shù)據(jù)得30個人連續(xù)干60多天，這其中全是重復(fù)勞動。”他說，有了“AI+HPC”后，用機(jī)器拾取每一秒鐘可以拾取一千個點(diǎn)，效率大大提升。

　　“計算發(fā)展到‘融合計算’是一個自然的進(jìn)程。”聯(lián)想集團(tuán)首席科學(xué)家、北京航空航天大學(xué)教授祝明發(fā)說，計算機(jī)性能提升的速度永遠(yuǎn)不及需求的增加，加快提升計算力，推動計算力共享，并“賦能”科研院所、行業(yè)、企業(yè)是當(dāng)務(wù)之急，與技術(shù)、行業(yè)、生態(tài)的融合發(fā)展才能更好地發(fā)展科技。

　　“自主可控不是一個可選項” 

　　從1978年，我國啟動巨型計算機(jī)研制工程至今，中國超算已經(jīng)走過了40余年，期間破解了多個“卡脖子”環(huán)節(jié)，硬生生闖出一條“新路”，走到了國際前列。但從全球范圍看，尤其是和美國相比，我們?nèi)杂胁簧俨罹唷?/p>

　　這樣的差距存在超算的各個部分，包括高性能處理器和加速器，特別是3D的內(nèi)存、新型的存儲器件、光交換和光傳輸?shù)取Ｇ安痪茫�中科曙光、江南計算技術(shù)研究所等E級超算原型機(jī)的研制方被美國商務(wù)部列入“實(shí)體清單”，許多瓶頸技術(shù)再無法從國際上尋求突破。

　　“在這樣一個國際環(huán)境下，我們現(xiàn)在發(fā)展肯定要有一個底線思維，自主可控可能不是一個可選項，而是唯一的出路。”錢德沛說，在外部限制甚至封鎖的條件下，如何繼續(xù)發(fā)展中國超算，是我們面臨的重大問題，雖然自主可控和開放合作并不矛盾，但只有自身強(qiáng)，有自己可以控制的技術(shù)才有可能廣泛地開展合作。

　　錢德沛建議，除了重視體系結(jié)構(gòu)的研究，下一步，我們應(yīng)特別重視構(gòu)建高性能計算的生態(tài)環(huán)境。“現(xiàn)在只能依靠我們自己的處理器來研制系統(tǒng)，從操作系統(tǒng)語言、編譯開始到應(yīng)用軟件的開發(fā)等，要盡快地通過技術(shù)輻射形成國產(chǎn)服務(wù)器的序列。如果構(gòu)建不起我們的生態(tài)環(huán)境，我們的技術(shù)就沒有用。”

　　目前，我國大型科學(xué)計算的應(yīng)用軟件基本上依靠進(jìn)口。一些國家重大行業(yè)企業(yè)研發(fā)了部分應(yīng)用軟件系統(tǒng)，但多數(shù)停留于自研自用，缺少相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)化工作，商業(yè)推廣應(yīng)用能力不足。李國杰說，我國超算經(jīng)費(fèi)用于應(yīng)用軟件開發(fā)的還不到10%，約為美國的1/6。補(bǔ)齊軟件短板的關(guān)鍵是人才，但目前能培養(yǎng)高性能計算軟件人才的大學(xué)很少，需要加強(qiáng)。

　　另外，“軟件開發(fā)要走開源的道路”，錢德沛說，軟件如果封閉在自家單位里那很難成熟。同時，還要重視超算和新技術(shù)的融合。他認(rèn)為，未來各種智能的加速部件都會以數(shù)據(jù)為中心構(gòu)建，因此，AI、大數(shù)據(jù)等應(yīng)用將對超算的體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。

　　中國青年報·中國青年網(wǎng)記者 張均斌 來源：中國青年報