超級(jí)計(jì)算機(jī)也要想辦法自己掙錢(qián)

2006年，為渲染《阿凡達(dá)》，Weta Digital公司動(dòng)用了相當(dāng)于當(dāng)時(shí)排名190位的超級(jí)計(jì)算機(jī)的計(jì)算資源，算了整整一年多。如果換做現(xiàn)在的天河二號(hào)只需要一個(gè)月。

其實(shí)，你離世界上運(yùn)算速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)很近。

一早起來(lái)，你打開(kāi)手機(jī)查詢(xún)天氣，等會(huì)要搭飛機(jī)到外地。一天的工作結(jié)束，你癱坐在沙發(fā)上看動(dòng)畫(huà)片，不時(shí)往嘴巴里塞著薯片。

這一連串經(jīng)歷都離不開(kāi)超級(jí)計(jì)算機(jī)天氣預(yù)報(bào)、飛機(jī)研制、動(dòng)漫渲染，哪怕正在被你咀嚼的薯片。

當(dāng)一款新的薯片生產(chǎn)線落地，需要超級(jí)計(jì)算機(jī)評(píng)估薯片的空氣動(dòng)力學(xué)特性，通俗點(diǎn)說(shuō)，就是保證薯片不會(huì)在生產(chǎn)過(guò)程中飛出生產(chǎn)線。

那什么是超級(jí)計(jì)算機(jī)？

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，超級(jí)計(jì)算機(jī)擁有超強(qiáng)的計(jì)算能力和龐大的存儲(chǔ)量，不止如此，運(yùn)算速度還很快。

舉個(gè)不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦樱绻按蟆背绦蛟诔?jí)計(jì)算機(jī)上都無(wú)法進(jìn)行，那么便別無(wú)他法了。

你可以這樣想象超級(jí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力，它將無(wú)窮多臺(tái)普通電腦“綁”在一起，用N個(gè)大腦一起思考解決問(wèn)題，速度自然會(huì)提高N倍。

聽(tīng)上去挺厲害，其中最厲害的一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)在中國(guó)。

廣州中山大學(xué)大學(xué)城校區(qū)，在暑假里顯得格外寧?kù)o。圖書(shū)館附近的一幢6層教學(xué)樓是國(guó)家超級(jí)計(jì)算廣州中心（以下簡(jiǎn)稱(chēng)廣州超算中心）的所在地。里面藏著7排高大的黑色機(jī)柜天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)。

它的峰值計(jì)算速度達(dá)到每秒5.49億億次，目前排在世界第一。

天河二號(hào)通常如此形容自己每運(yùn)算1小時(shí)相當(dāng)于13億中國(guó)人用計(jì)算機(jī)算上1000年；能存儲(chǔ)10萬(wàn)字的圖書(shū)600億冊(cè)，相當(dāng)于20個(gè)國(guó)家圖書(shū)館的藏書(shū)量。

不過(guò)，如此高大上中的高大上，從今年6月起對(duì)任何人開(kāi)放。

申請(qǐng)方式很簡(jiǎn)單，你只需到廣州超算中心的官網(wǎng)上下載并填寫(xiě)使用申請(qǐng)表，就可以站在運(yùn)算技術(shù)的橋頭堡，親自體驗(yàn)一下“世界速度”。

而且還不貴，每核每小時(shí)只要1角錢(qián)，外帶10萬(wàn)核每小時(shí)的免費(fèi)試用。

沒(méi)需要？不會(huì)用？先別急。就像開(kāi)頭所說(shuō)，也許你已經(jīng)在享受著超算的福利，也許你已經(jīng)是它的用戶(hù)而不自知。

如果天河二號(hào)出現(xiàn)在2006年，《阿凡達(dá)》會(huì)提早一年和你見(jiàn)面

不知你是否還記得迄今為止最炫技電影《阿凡達(dá)》中的場(chǎng)景潘多拉星球，五彩斑斕的熱帶雨林，夜晚會(huì)發(fā)光的奇異植物，讓人感覺(jué)仿佛置身仙境之中。

之所以有如此逼真的效果，正是超級(jí)計(jì)算機(jī)幫了忙。靠電腦特效生成的畫(huà)面，只有當(dāng)畫(huà)面中每個(gè)點(diǎn)（像素）的顏色、感光度和現(xiàn)實(shí)一樣才不會(huì)出戲。這就需要超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)畫(huà)面進(jìn)行渲染。

當(dāng)然，顏色表達(dá)越準(zhǔn)確，需要的運(yùn)算資源就越多。運(yùn)算速度越快，渲染一個(gè)像素的時(shí)間就越短。

2006年，為渲染影片《阿凡達(dá)》，Weta Digital公司動(dòng)用了相當(dāng)于當(dāng)時(shí)排名190位的超級(jí)計(jì)算機(jī)的計(jì)算資源，算了整整一年多。如果換做現(xiàn)在的天河二號(hào)只需一個(gè)月。

除此之外，你看到的《生化危機(jī)5》《通天帝國(guó)2》、國(guó)產(chǎn)電影《關(guān)云長(zhǎng)》都是借助了超算龐大的計(jì)算功能完成的。

不多久，天河二號(hào)要親自出馬了。它將要服務(wù)的是世界上最大的銀幕比IMAX 20多米長(zhǎng)、16米寬的銀幕再長(zhǎng)上一倍。

這部特型電影由深圳華強(qiáng)文化科技集團(tuán)打造，未來(lái)在公司的主題公園中播放，公司因制作動(dòng)作片《熊出沒(méi)》而出名。

銀幕大了一倍，渲染量也比3D電影翻了一番。

為此，在2014年年初，深圳華強(qiáng)文化科技集團(tuán)的高級(jí)副總裁丁亮找到了天河二號(hào)。

在此之前，華強(qiáng)的員工們?cè)谑澜绶秶鷥?nèi)尋找計(jì)算資源，只有天河二號(hào)能滿(mǎn)足需求。“因?yàn)樗鞘澜缟线\(yùn)行速度最快的計(jì)算機(jī)，而且足夠新，運(yùn)算資源還很充裕”。丁亮告訴壹讀記者。

因?yàn)闆](méi)人能說(shuō)得準(zhǔn)電影究竟能用到多少計(jì)算資源為渲染電影《阿凡達(dá)》，Weta Digital公司不斷投入增加計(jì)算能力，最終翻了10倍。

超級(jí)計(jì)算機(jī)也要想辦法自己掙錢(qián)

要保持世界上最快大腦的正常運(yùn)轉(zhuǎn)并不便宜。大部分開(kāi)銷(xiāo)來(lái)自電費(fèi)天河二號(hào)全機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一天的電費(fèi)要30萬(wàn)，再加上運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，一年大概要1.5億。

這筆錢(qián)廣州超算中心要盡量自行承擔(dān)。中心主任袁學(xué)鋒告訴壹讀記者，廣州超算中心屬于公益三類(lèi)事業(yè)單位。最初的建設(shè)費(fèi)用由政府買(mǎi)單廣州超算中心由四方共建，國(guó)防科技大學(xué)研發(fā)承造并提供技術(shù)支持，國(guó)家科學(xué)技術(shù)部先期投入6億元，剩下的由地方政府承擔(dān)，廣東省、廣州市分別投入了6億和12億元。

而維持天河二號(hào)運(yùn)轉(zhuǎn)的1.5億成本開(kāi)銷(xiāo)就要中心自己想辦法了。

所以，天河二號(hào)是來(lái)者不拒的。更重要的意義在于市場(chǎng)化運(yùn)作可以更接近中小企業(yè)。袁學(xué)鋒特別重視這個(gè)部分，在他看來(lái)這正是第三次工業(yè)革命的發(fā)展趨勢(shì)制造業(yè)的個(gè)性化。

為了提供給中小企業(yè)低于市場(chǎng)價(jià)格的服務(wù)，天河二號(hào)積極爭(zhēng)取政府扶持未來(lái)廣東省政府將采購(gòu)天河二號(hào)10%的資源。

雖然投入大量的研發(fā)成本和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，對(duì)于發(fā)展速度極快的計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)，原裝天河二號(hào)的壽命不到十年。

“日常的運(yùn)轉(zhuǎn)當(dāng)然沒(méi)問(wèn)題，只是劃不劃算的問(wèn)題，當(dāng)更快速、更節(jié)能的新機(jī)器出現(xiàn)，如果要保持天河二號(hào)的高性?xún)r(jià)比，只能再投入資金進(jìn)行升級(jí)”。袁學(xué)鋒說(shuō)。

在計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，有個(gè)著名的摩爾定律，集成電路IC上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也會(huì)提升一倍。

但是超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展速度比摩爾定律還要快。

中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)高性能計(jì)算專(zhuān)業(yè)委員會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)、中科院計(jì)算所張?jiān)迫芯繂T在接受《科技日?qǐng)?bào)》采訪時(shí)解釋?zhuān)撼?jí)計(jì)算機(jī)的性能實(shí)際上是10年翻1000倍。

這確實(shí)是一個(gè)“新人輩出”的行業(yè)，至少中國(guó)、美國(guó)、日本三個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)的領(lǐng)先國(guó)家都在盡全力研制高性能的超級(jí)計(jì)算機(jī)。

在超級(jí)計(jì)算機(jī)的奧林匹克 TOP500排名上，各國(guó)超算你追我趕的勁頭一點(diǎn)也不遜色于百米飛人大戰(zhàn)。

TOP500是世界上最權(quán)威的關(guān)于超算速度的排名，組織由世界上高性能計(jì)算專(zhuān)家組成，世界上所有想要參加超算運(yùn)行速度排名的計(jì)算機(jī)運(yùn)行同樣的程序試題，根據(jù)耗時(shí)多少來(lái)排名。

2010年11月，中國(guó)的天河一號(hào)第一次登上排行榜的頭名，僅僅過(guò)了不到8個(gè)月，日本一臺(tái)名為“京”的超級(jí)計(jì)算機(jī)就將天河一號(hào)擠下冠軍臺(tái)。之后，美國(guó)研制的“紅杉”、“泰坦”超級(jí)計(jì)算機(jī)也先后坐上世界第一。直到2013年，天河二號(hào)再次成為冠軍，并保持至今。

“大家都說(shuō)‘天河二號(hào)’是橫空出世”，袁學(xué)鋒告訴壹讀記者。

“天河二號(hào)預(yù)計(jì)2015年完成建設(shè)，自2013年上半年以來(lái)連續(xù)參賽的只是一期系統(tǒng)，沒(méi)想到就實(shí)現(xiàn)了三連冠”。

目前天河二號(hào)按合同計(jì)劃正在進(jìn)行二期升級(jí)，其后的運(yùn)算速度比現(xiàn)在再提升一倍，達(dá)到每秒10億億次的運(yùn)算速度。

用全球最快計(jì)算機(jī)查學(xué)籍、病歷、政務(wù)信息

也許廣州市的中小學(xué)生不會(huì)想到，在不久的將來(lái)，每當(dāng)他們查詢(xún)自己的學(xué)籍信息時(shí)，其實(shí)都在和天河二號(hào)打交道。

這個(gè)由廣東省教育廳主辦的廣東省電子教育信息中心網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)已經(jīng)籌備完成，未來(lái)廣州市1000萬(wàn)名中小學(xué)生、200萬(wàn)名中小學(xué)教師都能通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)管理自己的學(xué)籍、教育信息，只需要通過(guò)電腦、手機(jī)等終端隨意登錄即可。

維持系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的正是天河二號(hào)。從此以后，廣州市每一名中小學(xué)生都將有一份電子的學(xué)習(xí)檔案什么時(shí)候入學(xué)、就讀的學(xué)校、選修課程、成績(jī)?nèi)绾稳商旌佣?hào)負(fù)責(zé)保管。

因?yàn)樘旌佣?hào)存儲(chǔ)量足夠龐大，每名中小學(xué)生能獲得“專(zhuān)屬待遇”系統(tǒng)里還塞滿(mǎn)了各種教育資源，比如在線課程、考試培訓(xùn)，學(xué)生們可以根據(jù)需求自行選擇所需。

對(duì)于急于發(fā)展智慧城市的廣州市來(lái)說(shuō)，教育只是其中一部分，電子政務(wù)、市民醫(yī)療等也在建設(shè)中。

像教育檔案一樣，每位市民都將擁有一份電子病歷，當(dāng)然希望在上面記錄的信息越少越好。電子政府涉及的范圍更廣。比如，戶(hù)籍管理、各類(lèi)證件的辦理。超算真正意義上會(huì)和每個(gè)人發(fā)生關(guān)系。

如果將視角稍微拉遠(yuǎn)，作為世界上的最強(qiáng)大腦，天河二號(hào)還會(huì)通過(guò)大數(shù)據(jù)，建立一套經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的仿生系統(tǒng)，當(dāng)政府或者某個(gè)行業(yè)要對(duì)經(jīng)濟(jì)政策作出調(diào)整，或者資金投入，就不僅僅要靠公務(wù)員們自己盤(pán)算了，系統(tǒng)會(huì)在對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算后做出提示和預(yù)警。

超級(jí)計(jì)算機(jī)的推銷(xiāo)名單

對(duì)于一個(gè)國(guó)家來(lái)說(shuō)，超級(jí)計(jì)算機(jī)能“跑”多快，直接反映一個(gè)國(guó)家的科技發(fā)展水平。這是赤裸裸的“有和沒(méi)有的差別”。

對(duì)于一個(gè)國(guó)家來(lái)說(shuō)，超級(jí)計(jì)算機(jī)能“跑”多快，直接反映一個(gè)國(guó)家的科技發(fā)展水平。這是赤裸裸的“有和沒(méi)有的差別”。

中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)高性能計(jì)算專(zhuān)業(yè)委員會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)、中科院計(jì)算所張?jiān)迫诮邮堋董h(huán)球時(shí)報(bào)》采訪時(shí)形容，在國(guó)家信息安全層面，超級(jí)計(jì)算機(jī)的能力一旦領(lǐng)先就意味著“我可以打開(kāi)任何鎖，任何人家里的東西對(duì)我來(lái)說(shuō)都是擺在臺(tái)面上的”。

張?jiān)迫忉專(zhuān)爱?dāng)我的計(jì)算能力提高，原先能破解64位的密碼，現(xiàn)在能破解128位，如果你的安全系統(tǒng)不升級(jí)，你整個(gè)的安全系統(tǒng)就失效了，我就能拿到情報(bào)”。

比如，“棱鏡”計(jì)劃就需要在搜集各國(guó)普通民眾信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和分析。還有更具時(shí)效性的反恐情報(bào)分析，這些都只能依靠超級(jí)計(jì)算機(jī)。

在核能領(lǐng)域超算也起作用。核反應(yīng)不可能通過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)，只能通過(guò)具有超強(qiáng)運(yùn)算能力的超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)模擬核反應(yīng)的情況。

除此之外，石油勘探，延長(zhǎng)天氣預(yù)報(bào)的天數(shù)、模擬地震發(fā)生的過(guò)程為地震預(yù)報(bào)提供依據(jù)、新藥的研發(fā)等等都離不開(kāi)超算。

有些研究是極度消耗運(yùn)算資源的。德國(guó)慕尼黑大學(xué)的一項(xiàng)研究希望模擬出1992年6月發(fā)生在美國(guó)加州德斯蘭的地震。

這是美國(guó)40年來(lái)最強(qiáng)的一次地震，震級(jí)達(dá)到7.3級(jí)，它還引發(fā)了一系列余震，其中最強(qiáng)的一次達(dá)到6.5級(jí)，是地質(zhì)學(xué)家們研究的熱點(diǎn)話(huà)題。

今年5月，團(tuán)隊(duì)在天河二號(hào)上成功運(yùn)行超大規(guī)模模擬地震發(fā)生的SeisSol程序，準(zhǔn)確地模擬出地震波傳播的過(guò)程，可為未來(lái)的地震預(yù)測(cè)提供指導(dǎo)。

這占用了天河二號(hào)8000多個(gè)節(jié)點(diǎn)的資源，占到天河二號(hào)運(yùn)算資源的一半。

這就是天河二號(hào)的作用和不可替代的原因，世界上很難有其他超算可以勝任。

企業(yè)也是天河二號(hào)的用戶(hù)群。為此，超算中心還專(zhuān)門(mén)組建了開(kāi)拓工業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)的營(yíng)銷(xiāo)團(tuán)隊(duì)。

比如航空研發(fā)企業(yè)。

“研制大飛機(jī)的氣動(dòng)模擬非常吃資源”，中國(guó)商用飛機(jī)設(shè)計(jì)有限公司北京研究中心數(shù)字計(jì)算與仿真實(shí)驗(yàn)室的吳斌博士告訴壹讀記者，“先前我們自己也有計(jì)算資源，通常都能占滿(mǎn)，程序的優(yōu)化是沒(méi)有上限的”。

所謂的氣動(dòng)模擬，是指在計(jì)算機(jī)上模擬出飛機(jī)飛行時(shí)的空氣環(huán)境，從而設(shè)計(jì)出阻力小、噪音小的飛機(jī)。

北研中心負(fù)責(zé)大飛機(jī)制造前的技術(shù)研發(fā)，今年上半年他們找到天河二號(hào)，做大型飛機(jī)的氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

因?yàn)檫\(yùn)行速度快，天河二號(hào)大大提高了工作效率，北京研究中心利用約2.4萬(wàn)CPU核開(kāi)展了大型民機(jī)全參數(shù)氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在天河二號(hào)計(jì)算6天，在其自身計(jì)算平臺(tái)大約需要2年。

超級(jí)計(jì)算機(jī)還影響著和人們息息相關(guān)的“小”事，比如個(gè)人的健康管理。天河二號(hào)的一大客戶(hù)華大基因，專(zhuān)門(mén)做生物的基因測(cè)序，希望模擬出100萬(wàn)人的基因。

當(dāng)人體密碼被破解，就可以此來(lái)預(yù)防疾病。這已經(jīng)對(duì)唐氏綜合癥病人起作用科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了唐氏病人的基因缺陷，通過(guò)基因比對(duì)就可以知道胎兒是否健康，為優(yōu)生提供技術(shù)幫助。

看上去更不可思議的計(jì)劃是，未來(lái)通過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)還可以構(gòu)造出一個(gè)具有全生物信息的數(shù)字人。未來(lái)的醫(yī)療可以先在數(shù)字人上預(yù)演，如果病人需要開(kāi)刀，就先在數(shù)字人上練練手，看過(guò)反應(yīng)再選取最優(yōu)治療方案。袁學(xué)鋒說(shuō)：“當(dāng)然這是遠(yuǎn)期目標(biāo)，第一步是基因測(cè)序，然后再生成數(shù)字血管、數(shù)字器官”。

華大基因負(fù)責(zé)高性能計(jì)算的相關(guān)負(fù)責(zé)人王丙強(qiáng)在接受《信息時(shí)報(bào)》采訪時(shí)說(shuō)，現(xiàn)代的基因測(cè)序和醫(yī)療診斷技術(shù)，會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。“只有在天河二號(hào)這樣的平臺(tái)上才能做分析，才能有商業(yè)運(yùn)用的價(jià)值。因?yàn)榻柚谔旌佣?hào)強(qiáng)大的計(jì)算能力，降低了成本華大基因在做基因變異掃描實(shí)驗(yàn)時(shí)只需數(shù)個(gè)小時(shí)，而在普通計(jì)算機(jī)上則需要好幾年。”

中國(guó)大媽也能用超級(jí)計(jì)算機(jī)

不過(guò)，目前天河二號(hào)的用戶(hù)還略顯“高大上”。袁學(xué)鋒希望“中國(guó)大媽也能使用超級(jí)計(jì)算機(jī)”。

袁學(xué)鋒坦言，自從今年6月天河二號(hào)對(duì)個(gè)人開(kāi)放，目前小微企業(yè)和個(gè)人申請(qǐng)使用的比例只有1%。

雖然超算的應(yīng)用無(wú)形于生活中，而真正主動(dòng)利用超算資源的人還很少，人們既不清楚它有哪些服務(wù)，也不會(huì)用。

曾任Intel/英特爾中國(guó)高性能計(jì)算架構(gòu)師，為高性能計(jì)算提供軟件服務(wù)的北京并行科技有限公司總經(jīng)理陳健告訴壹讀記者，差距主要來(lái)源于軟件方面。

舉個(gè)不算太恰當(dāng)?shù)睦樱闶掷锬弥鴌Phone 6 plus，但是App Store里卻只有幾個(gè)程序。

在袁學(xué)鋒看來(lái)，在開(kāi)拓大眾市場(chǎng)方面國(guó)內(nèi)外基本在同一起跑線上，而3D打印可以很好地撬動(dòng)超級(jí)計(jì)算機(jī)的民用。

天河二號(hào)已經(jīng)和廣州市當(dāng)?shù)?0多家3D打印企業(yè)成立了3D打印協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)盟，企業(yè)會(huì)將各種打印程序掛在天河二號(hào)上，感興趣的用戶(hù)動(dòng)動(dòng)手指就可以完成一次私人定制，比如打印一個(gè)水杯，你可以自行定義大小、顏色和材料。

當(dāng)然，如果你足夠厲害，可以將私人定制進(jìn)行得更徹底，一個(gè)鑰匙鏈、一個(gè)相框，你可以自行設(shè)計(jì)款型，寫(xiě)好相應(yīng)的程序，直接利用天河二號(hào)的運(yùn)算資源，不出家門(mén)就可以完成一次制造。

袁學(xué)鋒甚至覺(jué)得可以將超級(jí)計(jì)算機(jī)“租”給用戶(hù)，“比如，你一年租4核，就相當(dāng)于一臺(tái)筆記本電腦的配置，你只需要有一個(gè)終端操作，一年1000元。”

袁學(xué)鋒想了想說(shuō)：“如果算上電腦的折舊，應(yīng)該比買(mǎi)電腦劃算”。