超算“中國芯”

從速度的追趕到性能的改善，從集成創新到完全自主創新，超算領域的發展路徑是中國的創新模式的縮影。

美國暫時緩了一口氣，經過兩年的努力，超級計算機的世界第一又回來了。根據國際超級電腦組織6月18日公布最新的全球超級電腦500強名單，美國超級計算機重奪世界第一寶座。

據悉，由美國國際商業機器公司(IBM)最新研制的超級計算機“紅杉”(Sequoia)，為美國奪得全球最快超級計算機寶座。這是繼2009年后美國再次奪回“世界第一電腦”的頭銜。根據18日公布的數據，“紅杉”的持續運算測試達每秒16324萬億次，其峰值運算速度高達每秒20132萬億次，令其他計算機望塵莫及。

寶座兩易主

日本理化學研究所與富士通(Fujitsu)共同研發和組裝中的超級計算機“京”在名單中位居亞軍，其測試速度上升到每秒運算速度10510萬億次。

中國進入前十的有兩臺，國家超級計算天津中心的“天河一號”則以每秒2570萬億次的運算速度位列第五;另外，超級計算深圳中心的“星云”超級計算機排名第十，標志著中國在超級計算領域進入世界領先行列。

1999年，日本投入400億日元(約合人民幣25億元)，開始了名為“地球模擬器”的超級計算機的開發計劃。2002年，日本“地球模擬器”超級計算機成功推出，并將長年來一直獨占鰲頭的美國擠下了“頭把交椅”。但美國政府隨后開始加大了在超級計算機研發方面的投入，并在2004年重新占據“第一”。

美國又一坐6年，直到2010年中國“天河一號”的問世。2010年11月超級計算機排名機構運用Linpack基準測試來衡量超級計算機的運算速度。在測試中，中國“天河一號”超級計算機在峰值運算時運算速度可以達到每秒2570萬億次，超過了當時美國和日本超級計算機的運算速度。

“當年日本不知道從哪里冒出來，但確實讓人措手不及。而看看中國，你會看到讓世界吃驚的事情又來了?！钡拇_，中國這一次又讓美國吃驚了。

速度讓位

Linpack基準測試是通過測量短時間內進行真實科學計算的能力，來衡量世界最快超級計算機的運行速度，但通常最重要的指標是維持這種計算性能的能力。

《MIT技術評論》指出，將“天河一號”認定為世界最快的Linpack基準測試還是無法準確表明它的實際應用性能。

天河一號采用的是異構，即共同使用CPU和GPU，世界上的超級計算機還很少使用CPU加GPU的體系結構。美國國家超級計算應用中心主任托姆?鄧寧表示，GPU速度和顯存速度之間存在明顯的不匹配情況，在GPU上達到峰值速度十分困難。

盡管排名前十的計算機中法德日各自都占有一席之地，但大部分國家超級計算機都在用美國芯片。中國的專家表示，天河系統的很多核心部件也不例外，包括7168個由美國英偉達公司生產的圖像處理器GPU。

評論認為，這次中國“天河一號”的登頂并沒有改變超級計算機研發基本上為美國所控制的整體局面。

不過，一年之后，讓計算機行業驚訝的事情再次發生。2011年，中國首次推出了一臺使用國產微處理器芯片的超級計算機。

一臺名為“神威藍光”的超級計算機于2011年9月安裝在山東省的國家超級計算濟南中心。神威系統每秒能進行約1千萬億次運算，更為重要的是，該系統采用的8700片申威1600微處理器由中國自主研制。這標志著中國成為繼美國與日本之后第三個能夠采用自主CPU構建千萬億次計算機的國家。

國家超級計算濟南中心主任顧衛東介紹，“神威藍光千萬億次高效能計算機系統”共8704個CPU，全部采用自主設計生產的申威1600處理器，整個系統的峰值運算速度為1.07千萬億次，比20萬臺普通筆記本同時運算還要快;其存儲容量為2000萬億字節，相當于6個國家圖書館藏書量。

據稱，“神威藍光”采用全系統水冷技術，相比風冷能耗降低40%。“神威藍光”超級計算機，能耗僅1.074兆瓦。2007年世界第一位的“藍色基因”速度僅有其一半，但耗電量高達6兆瓦。

從速度的追趕到性能的改善，從集成創新到完全自主創新，中國的創新模式在超級計算領域表現得淋漓盡致。

超級神算

美國國防部高級研究計劃局也在緊鑼密鼓地研制億億級超級計算機，計劃將于2018年研制成功。

超級計算機的大規模投入旨在滿足各領域的超算需求。2010年11月曾奪得世界第一的天河一號已經投入應用領域。在早前舉行的新聞發布會上，國家超級計算天津中心主任劉光明用了“天、地、人”三個字對超級計算機的應用做了形象比喻。算天，就是算天上的天氣預報，如遙感衛星等。地上算什么，主要是石油和天然氣的儲藏情況。我們中國的地下的有的儲藏資源量大，但是它是比較分散，所以必須用超級計算機確定地下的油藏。算人，是幫助各種疑難雜癥的新藥的研制。“天河一號”的服務用戶已經超過300家。

2011年初，中石油東方物探公司首次將面積達1060平方公里的石油勘探地震數據放在天河一號上進行計算，僅用16個小時就完成了計算處理任務，運算效率比過去提高了30多倍。

中科院上海藥物研究所研究員歐陽懷宇說:上海藥物所通過天河一號超級計算機與實驗緊密配合，在鉀離子通道激動劑研發中取得了很大進展，發現了治療癲癇疾病的新分子，相關研究是目前世界上唯一成功的離子通道激動劑藥物設計?！?/p>

超級計算機運算能力的提高在國防上還可以使更為精密的作戰模擬成為現實，比如根據現實情況預設成千上萬種作戰方案，然后通過計算和分析得出最優化的方案。運算能力越強，可以預設的作戰方案也就越多，分析出來的結果也就越接近于實戰的參數。

按運行時間看，國內超算中心的資源利用率普遍都在70%以上，有的甚至超過80%。而國外超算中心的利用率普遍在60%左右。

“十一五”期間，國家在超級計算機項目發展上投入9.4億元，在天津、深圳、濟南、長沙、成都、廣州等地建立了國家超級計算中心。

創新保障

從21世紀初的技術水平落后整整三代，到“十一五”末進入世界第一與自主知識產權的隊列。中國的超級計算機領域用十年的時間，完成了跨越式發展，這是中國科技發展的一個縮影。

進入新世紀以來，國民經濟保持高速增長的同時，也暴露出隱憂，依靠廉價勞動力的“比較優勢”，使我國在全球化的產業價值鏈上處于低端，“八億件襯衫才能換一架波音飛機”。在復雜的時代背景和激烈的科技競爭下，黨的十六大提出，要制定國家科學和技術長遠發展規劃。2003年6月，國務院專門成立了以溫家寶總理為組長，23個部門主要領導參加的規劃領導小組。

2006年1月9日，全國科學技術大會開幕?？倳浐\濤在會上提出了提高自主創新能力、建設創新型國家的重大戰略目標。1月26日，中共中央、國務院作出《關于實施科技規劃綱要增強自主創新能力的決定》。國家確定了節能環保、新一代信息技術、生物、高端裝備制造、新能源、新材料和新能源汽車7個戰略性新興產業，并加大投入，系統部署，組織聯合攻關，應用示范。

戰略部署、舉國體制與中國特色的創新模式，是以超級計算為代表的新興產業實現跨越式發展的原因，也成為未來取得更高成就的保障。