拥有1000多万个核、峰值运算能力超过每秒10亿亿次、连续四次雄踞“全球超级计算机500强”榜首、连续两次摘得高性能计算应用领域最高荣誉“戈登·贝尔奖”——我国自主研制的“神威·太湖之光”超级计算机，自2017年问世后，在国际高性能计算及应用领域连续刷新纪录，让全球同行越发重视来自中国超算领域的进展与突破。

　　从1950年代开始摸索，到1980年代第一次研制成功每秒上亿次超级计算机，到国产“天河二号”首次问鼎全球超算宝座，再到2016年采用国产众核处理器的“神威·太湖之光”全新亮相，中国超算发展筚路蓝缕，在世界高性能计算领域实现了从“跟跑”到“领跑”的历史跨越。

　　新中国70年华诞之际，荔枝新闻记者前往太湖之滨的国家超级计算无锡中心，探访这台国产超级大脑的新进展，听“超算人”对未来的新盘算。

　　 超级大脑 超大超可靠 

　　1946年2月14日，世界上第一台计算机"埃尼阿克"（ENIAC），在美国问世。它占地170平方米，重达30吨，肚子里装着18000只电子管，耗电量巨大，计算能力是 5000次加法/秒运算。

　　放在今天，这数据处理能力还抵不上一只好点儿的“老人手机”。

　　但是，从"埃尼阿克"诞生之日起，计算机技术已经成为国防、科研、经济建设等领域最重要的技术支撑。计算机科学和计算机产业的发达程度已成为衡量一个国家的综合国力强弱的重要指标。

　　今天，各个大国仍然在研发和使用占地数百平米的超级计算机——它们的计算能力已经达到10~20亿亿次/秒，是攻克重大科学、工程难题的战略资源。

　　来到国家超级计算无锡中心，换上防尘服，套上防尘鞋套，荔枝新闻记者走进了“神威·太湖之光”1000平方米的巨大机房。

　　这台2016年问世的超级计算机，由40个运算机柜和8个网络机柜组成。每个运算机柜有家用双门冰箱那么大，里面装有1024块国产“申威26010”芯片。而每块芯片上包含了260个运算核心。整个“太湖之光”有将近1100万个核心，也是全球拥有运算核心最多的超级计算机。

　　这个“超级大脑”的峰值运算能力，可达12.5亿亿次/秒，一度成为世界之最。

　　国家超级计算无锡中心主任杨广文作了一个形象的比喻：它1分钟的计算能力，需要全球72亿人同时用计算器不间断计算32年。

　　除了性能出色，杨广文更看重“太湖之光”完全是自主研发，做到了“关键技术，自主可控”——国之重器，必须要充分可靠。

国家超级计算无锡中心主任杨广文

　　 看“风水”？怎能不请超算“大师” 

　　“太湖之光”拥有的上千万个运算核心，并非每次一拥而上去运算。有些项目可能调配出上百万个核计算就足够了。

　　遇到大的项目，可能要调配一半的计算资源，称为“半机计算”。

　　面对更复杂的项目，就必须“集中力量办大事”，整机投入运算了。

　　比如“看风水”。

　　国家超级计算无锡中心并行优化部主管刘钊，从国家超算无锡中心成立之初就参与了各种重大项目应用。他介绍说，其中很多应用都和天气气候有关。“太湖之光”与国家有关单位、科研院所合作的 “全球大气非静力云模拟”、“高分辨率大气模式”等项目，曾经参评“戈登·贝尔”奖。

　　所谓“一只蝴蝶扇动翅膀，可能引发万里之外的一场龙卷风。”气象学的要素千变万化，涉及到气象学、热力学、流体力学等等极其复杂的方程组，而数据则是来自天上若干卫星，地上无数雷达、观测站的实时监测，不断更新。海量数据，对计算的速度和精度要求特别高。

　　您或许注意到，近些年来的天气预报越来越准，可以精确到几点下雨，在哪些“局部地区”会有暴雨大风等等。在气象学上，这叫做高分辨率的精细化预报。

　　能做到这一点，超级计算机功不可没。

　　荔枝新闻了解到，2011年我国“天河一号”超级计算机把气象观测精度提高到10万公里，“神威蓝光”超级计算机实现了1万公里级别的精度，而“神威·太湖之光”已经能把精度缩到几公里的范围。

　　刘钊介绍，国内某风电能源企业看到“太湖之光”在气象领域的“神威”，主动邀请解决他们风机选址的难题。

　　现在国家超算无锡中心已经帮他们开发了一套“风资源预测系统”，在分析了过去数十年全国气象气候数据的基础上，对全国进行分辨率高达三公里的气象资源的预测。可以帮助风电企业在预定区域挑选最合适的地点布设风机。比如在一座大山上，到底是山顶还是山腰上，不再根据经验判断，而是靠数据做决策。

　　这套系统甚至能预测一年中任意一天大致的风向、风速，便于及时调整风机的运行，把风力发电的实际效率和经济效益最大化，也为国家节能减排，做出更大的贡献。

　　除了算风，“太湖之光”还能测水。刘钊介绍的另一项应用，是2018年8月开始，他们与青岛海洋国家重点实验室合作，开展全球高分辨率地球系统模式研究，目标精度达到3公里分辨率，时间跨度达500年的全球海洋数据模拟。

　　这是项长期的工程，每天要借助“太湖之光”600多万个核心持续计算，截至现在项目已经持续了一年。

　　科学家们希望将这项研究得出的数据，与全世界的海洋和气候学家们分享，加强我们对海洋、大气系统、全球气候的认识，便于指导今后应对气候变化，更好地造福人类。

　　 这些领域也是超算的强项 

　　2016年~2017年，“神威·太湖之光”凭借对气候、地震等科学难题的研究应用，连续两次折桂“戈登·贝尔奖”。

　　评委们给出的理由之一就是：最好的机器就应该解决最重大、最关键、最有实际价值的问题。

　　自2016年起，“神威·太湖之光”就与多家高校、研究机构、海内外企业开展广泛合作，涉及天气气候、地球科学、海洋环境、材料设计、生物制药、航空航天、图计算、量子计算、生命科学、天体物理等众多行业。在先进制造、船舶、3D电影、能源、国防等领域也已展开全面布局。

　　“以往动画电影中的小河，只不过是一条蓝色的带子，”清华大学副教授黄震春介绍，为了把它呈现得更加逼真，动画和电影制作企业都是用“农场”的方式把画面一帧一帧地精细化处理。所谓农场，就是无数台电脑，由专业人员分工在每台机器上一点点调整。一秒钟播放24帧画面，每一帧画面在后期制作过程中都需要渲染，需要24台机器同时给这个图片进行渲染，费时费力，效率低下。　　

　　依托超级计算机，就可以同时给成千上万帧的图片进行渲染。以前一部动漫电影的后期渲染需要一年，现在可能只需要一个月就可以制作完成。超算加持下，动画画质也可以更加精细，比如加入风、光线反射等更多元素。让以往银幕上一条会流淌的“蓝带子”，变成泛着水花推着小船一路向前的清澈小河。

　　在人工智能领域，“神威·太湖之光”也有很大潜力。超算人工智能平台等项目正在推进之中。杨广文主任看来，所谓大数据、深度学习、智能计算，超级计算机会是其中的核心。

　　“需要跟大家说明的是，并非所有的人工智能实际应用，都是‘太湖之光’擅长的，它可以专攻某几类项目。”杨主任强调，今后会根据国家对人工智能的需求，从芯片设计、系统建设方面让超算更贴近实际需要。

　　 让更多人分享超算发展的福利 

　　国家超级计算无锡中心的年轻人，个个充满活力。但是他们的工作节奏和压力，外人难以想象。从2015年酷暑天汗流浃背地做系统搭建，到现在每天晚上还灯火通明地加班。这帮年轻人的超算人似乎和神威太湖之光一样全力运转。

　　据统计，三年的时间里，无锡中心致力于支持国家重大挑战性应用需求，依托“神威·太湖之光”完成百余项应用课题计算任务，800多万项作业任务，平均每天要完成近10000项作业任务。

　　面对未来，超算人还有自己更大的“盘算”：

　　首先是完善国产超算的生态，这是杨广文主任一开始就定下的目标。

　　 “神威·太湖之光”技术领先、硬件一流，但还存在应用软件开发不足、配套人才少的问题。比如系统软件与客户的软件、操作环境不匹配，会增加许多额外的工作量。这就需要在继续增强硬件平台的同时，优化软件的生态。

　　杨广文说：“应用生态好了，客户就更多了，客户多了，生态就越好，这就为国产超算带来了良性循环。”

　　他的另一个目标是推广“神威”系列的小型机。搭载国产众核处理器的小型化工作站“神威小型机”已经研制成功，它可以在那些需要保密，或者计算量不是太大的企业、高校、科研院所进行日常的项目运算。

　　未来，国产超级计算机将会在越来越多的科学研究、科技创新中大显“神威”，超算应用也将更多地用于解决日常生活中的种种难题，让更多的人感受和共享我国超算领域发展的硕果。