HPC的速度與激情

中國高性能計算從原地起步到成為世界第一用了幾十年的時間，但是從世界第一滑落到世界第二，只用了僅僅幾個月的時間。不過，這個“過山車”更是激發出了中國整個HPC產業的激情和動力。

每到金秋，總能迎來收獲時刻。這也許是每年中國高性能計算（HPC）Top100為何要在10月頒布的一個原因吧。

2011年10月27日，新一期中國高性能計算Top100排行榜在2011年高性能計算學術年會上頒布。國家超級計算天津中心的天河一號A仍舊蟬聯冠軍，剛剛落戶國家超級計算濟南中心的神威藍光名列第二，國家超級計算長沙中心的天河一號A-HN排在季軍位置。

中國HPC進入持續發展期

中國計算機學會高性能計算專委會張云泉秘書長在接受《計算機世界》報記者采訪時表示，中國HPC Top100榜單上系統總體Linpack性能達到了11.85Pflops。上榜系統中有98%采用的是機群架構，前10名中有4套系統采用CPU+GPU的異構機群。

在所有系統中，51%由國產廠商提供，曙光公司繼續保持份額第一的位置。在上榜系統的行業分布上，仍舊主要集中在互聯網服務、政府部門、教育、超算中心、電信、工程、科學計算、游戲、大氣氣象、能源、云計算、電力、半導體、生物信息、視頻計算、地震等18個領域。傳統應用大戶能源行業的份額大幅減少，只有4套系統上榜。而來自互聯網服務領域的用戶數量達到了第一，一共有21套系統，此外，來自云計算、半導體等新興應用領域系統，首次出現在這份榜單中。

自從去年天河一號拿下全球超級計算機TOP排行榜的冠軍，中國整個HPC領域都為之振奮。張云泉告訴記者，和2010年的榜單相比，今年的Top100排行中，有67%是新上榜的。而且在應用方面，用戶的積極性也在不斷高漲。來自西部某計算中心的一位負責人透露，受到經濟實力限制，近年來他們在高性能計算方面投入并不大，但是每當計算能力提升后，馬上就會滿載，用戶的積極性非常高。“除了傳統的科學計算對高性能計算有需求，近年來新能源、生物制藥對于高性能計算的需求也很旺盛。比如，我們地區有大量的風力發電，但是發出來的電卻是‘垃圾電’，用戶不愿意接受。如何把這些電利用起來，在相應的模擬仿真計算上有很大的需求。”

中國科學院徐冠華院士在此次高性能計算學術年會發言時表示，未來中國高性能計算的發展還有很大的空間。“以當前備受矚目的地球變化研究為例，地球系統模式是全球變化研究的重要內容，而高性能計算是地球系統模式不可或缺的支持技術。以提高分辨率為例，100公里的全球模擬需要10TFlops的計算能力，而5公里的全球模擬，則需要達到100PFlops的水平?！?/p>

百億億次不是水中撈月

自從“走鵑”這只大鳥在突破“PFlops障礙”之后，人們就已經就把目光投向了更遠的百億億次。隨著突破千萬億次的超級計算機不斷出現，以及富士通“K”這樣的“怪獸”橫空出世，我們似乎已經能夠看到百億億次的影子了。

不過要想見到百億億次高性能計算機的真身，以當前的技術似乎還是“不可能完成的任務”。不過越是這樣，越能激發人們的欲望和激情。正在建設中的TEXAS advanced computing center，將會采用基于英特爾Sandy Bridge處理器的服務器加集成眾核（MIC）的架構，同時集成Mellanox FDR Infiniband端到端解決方案，中心預計2013年建成，屆時計算能力能夠達到15petaflops。中科院計算技術研究所霍志剛研究員根據自己的研究得出結論，未來3年內將會有計算能力達到100PFlops這樣級別的高性能計算機出現。

國際高性能計算專業委員會主席Gilad Shainer對于百億億次更是充滿期待，在他看來，2020年前后實現百億億次是有可能的，只是對于這樣宏大的目標，還是要一步步來實現?！半S著更高性能的CPU不斷出現，加上諸如GPGPU、MIC、Infiniband這樣的技術促進，百億億次肯定是會實現的，只是要在一個成本、能耗等方面都可以接受的代價下實現。另外，除了要關注實現百億億次這樣一個目標，更應該關注的是如何實現這個目標的過程，如何在合理的投入、能耗下搭建這樣一個超級系統?！?/p>

對于實現百億億次，美國橡樹嶺國家實驗室Richard Graham博士認為，未來超級計算機的體系架構研發要注重Co-Design（聯合設計）?！澳壳案咝阅苡嬎銠C研發過程中存在著這樣的一種現象，做硬件的人只了解硬件，做算法只了解算法。在過去，這樣的情況還不算太糟糕，但是在通往百億億次規模的道路上，兩者分開的情況是很不利的。只有硬件和算法充分結合在一起，才能挖掘硬件的性能，有效地提高HPC應用水平?！?/p>

至于未來，中、美、歐誰會第一個實現百億億次，Gilad Shainer笑稱這樣的預測就如同是買彩票。不過在他看來，HPC在中國的快速發展，能夠在科研創新、產品研發等方面給中國能帶來更大的競爭力?！霸谌澜绶秶鷥?，各個國家都在高性能計算方面投入不少。在過去5年，中國發展非常迅速，中國在HPC技術研發方面的進展，將會影響整個產業的進展，同時產業的進展也會促進相關技術研究更近一步，只是要處理好兩者之間的關系?；A架構的建設和真實應用之間是一種相輔相成、互相促進的平衡關系?！?/p>

同時，Gilad Shainer并不贊成花大量的金錢去研發專有產品，他認為這對于HPC應用發展是不利的。\"美國的一些大學曾經特別喜歡應用專有的系統來建設自己的高性能計算機集群，隨著時間的推移，過高的成本、低下的應用性能迫使他們最后都放棄了這些系統，既浪費時間也浪費金錢。我認為，標準化的技術在實現百億億次的過程中將會發揮重要的作用，不僅在成本上有其優勢，應用的領域也會更廣，驅動力更強勁。如果我們把更多精力放在推動標準化技術的前進，必將會使百億億次更早到來。”

背景資料

神威藍光

神威藍光千萬億次高性能計算機系統是中國第一臺全部采用自主研發的高性能多核通用處理器構建的千萬億次系統。系統以高帶寬全互聯256超節點為基礎，采用分層高速計算網絡連接和自主設計高效能軟件。神威藍光采用申威1600CPU具有16個核心，集成DDR3存儲控制器和標準I/O接口，雙精度浮點峰值運算速度為140.8GFlops。

院士觀點：

陳左寧：中國高性能計算需要建立起新的生態系統，盡可能聯合國內相關單位，建立起中國標準指令集，其中包括核心指令集和擴展指令集?；谶@些指令集，建立相關高性能軟硬件標準體系，引導企業投入，形成完整生態鏈，促進產業發展。同時還需要聯合國內相關單位，建立HPC網絡互聯標準，基于這些標準框架，突破普適性高端計算機關鍵技術，促進HPC階梯形發展。

徐冠華：未來高性能計算要想進一步發展，必須強化交叉人才的培養。高性能計算需要學科交叉，需要有更多的高性能計算專業人才了解相關應用，并和相關研究人員經常合作，這樣將會有更大的機會取得重大的突破。

中國HPC Top100前十

名次型號安裝地點應用領域核心數Linpack(Gflops)

1天河一號A國家超級計算天津中心超算中心2027522566000

2神威藍光國家超級計算濟南中心科學計算/工業137200795900

3天河一號A-NH國家超級計算長沙中心科學計算/教育53248771700

4曙光星云國家超級計算深圳中心超算中心52416749200

5IBMxServer x3650M3網絡公司互聯網服務113040636985

6Mole-8.5 Cluster中國科學院過程工程研究院科學計算/粒子模擬33120370300

7曙光星云深圳云計算中心云計算36480342300

8IBMxServerX3650M3電信公司工業36336204754.4

9IBMxServerX3650M2網絡公司互聯網服務34688196228

10曙光5000A上海超級計算中心超算中心30720180600