國家高性能計算發展現況

國家高性能計算發展現況

錢德沛北京航空航天大學教授，中德聯合軟件研究所所長

科研信息化有三個基本要素，第一，計算，第二，海量數據的存儲與處理，第三，交流與協同能力。這三個能力形成了科研信息化的支撐手段。當然網絡支撐所有的，包括計算、協同和數據傳輸的最基礎手段。

科研信息化關乎一國競爭力和科研水平的發展，是一種長久的計劃，不是可抓可不抓的問題。我國在高性能計算方面有很多的部署，從自然科學基金開始。自然科學基金剛剛設立了一個重大研究計劃，“高性能科學計算的基礎算法與可計算建模”，該計劃將持續八年，投資1.8億人民幣，專門研究高性能計算的算法與建模方法。即將結束的一個重要計劃是以網絡為基礎的科學活動環境的研究，這個項目也是聚焦于網格技術來支撐我國的科學研究。

第一，計算方面。

“863計劃”最近十年連續支持了三期重大項目。第一期是從2002年到2005年，高性能計算機及核心軟件；第二期是“十一五”期間，2006年到2010年，高效能計算機及網格服務環境；第三期，是目前正在執行的高效能計算機及應用服務環境。這三期項目集中力量來解決高性能計算的資源、環境和應用問題。“973計劃”設立了眾多的項目，相關的有2個。第一個執行了3期，包括高性能科學計算算法研究和大規模科學計算研究。另一個是虛擬計算環境，也連續執行了2期，一是聚合與協同機理研究，二是虛擬計算環境的基礎研究。

“863計劃”的指導思想有幾個轉變。第一個轉變是從1999年開始，從研究單臺高性能計算機，向研究國家高性能計算環境的轉變。第二個轉變是2006年，從強調單一性能指標的高性能計算機，到強調綜合指標的高效能計算機轉變。國家重大項目強調高性能計算機、高性能計算環境、高性能計算性應用這三個方面的均衡協調發展，強調產學研用結合，同時特別強調多學科的交叉合作。這幾年，國家863計劃推出了一系列高效能計算機系統，2008年的深騰7000是150萬億次，曙光5000A是230萬億次；2010年推出了曙光6000，3000萬億次，天河一號是4700萬億次。2011年，我們用國產的處理器推出了千萬億次系統神威藍光，這是一個里程碑式的的成果，解決了國內用自主研發的處理器實現千萬億次系統的突破。2013年6月，世界超級計算機500強中，天河二號名列第一，其峰值速度達到了5億億次。“863計劃”將啟動第二臺10億億次的計算機研究，由神威藍光的團隊研制我國第二臺10億億次系統。可以看到，在系統研制方面，我們已經走到了世界領先的地位。

第二，環境方面。

2002年到2005年期間，在國家“863計劃”重大專項的支持下，依托國產高性能計算機建立了中國國家網格。將全國8個結點連接起來，形成了18萬億次的計算能力，當時在全世界國家級的網格環境中名列第二。這一期的項目重點是解決資源共享、協同工作的技術問題，來支持多領域的應用。 “十一五”期間，在“863計劃”的支持下，進一步發展了中國網格CNGRID，建立了中國國家網格服務環境，著重解決環境的服務形態，更好地支持應用，網格規模發展到14個結點，聚合的計算能力達到3000萬億次以上。

正在執行的“十二五”期間的“863”重大項目，進一步把國家網格服務環境升級為我國的高性能計算應用服務環境，資源將進一步拓展。更重要的是要解決環境基礎設施的運行和新型運營模式，探索環境的可持續發展途徑。CNGRID部署了450多個應用和服務，支持了2800多個團隊用戶，用戶來自科研、教學和工業等；支持了1000多家國家級的科技項目的研發工作，同時對地方經濟發展的重要工程項目也提供了計算支持。

第三，應用方面。

在應用方面我們支持了兩類應用。一類應用是強調資源共享、協同工作的網格應用。包括新藥發現、氣象結合預報、科學數據網格、水利信息化、鐵路信息化等等，這類屬于網格應用。另外一類應用是強調計算能力，解決重大計算問題。比如計算化學、計算天文學、面向千萬億次的并行算法庫、大型流體機械的優化設計、激光核聚變領域的并行計算軟件、天氣預報在國產千萬億次機上運行、大飛機的流場設計等等。目前正在發展的六個應用，包括聚變與裂變能源數值模擬軟件系統研制、真實飛機外形全流場和優化設計數值模擬、新藥研發與蛋白質折疊數值模擬軟件、真實感動漫渲染系統、大型工程設備結構力學、復雜電磁場環境數值模擬，以及支撐各類應用的高性能計算應用支撐軟件框架體系。

我們同時把云計算和網格技術有機地結合。中國國家網格服務環境CNGRID成為IaaS和PaaS，在應用社區和網格服務環境之間建立起商業模式，目的是要促進高性能計算服務業。未來高性能計算應該以服務業的形式來體現。即將建設的三個社區，一是工業產品的創新設計，二是新藥創制，三是數字媒體和文化創意。

（本文整理自錢德沛教授在“第三屆中國科研信息化發展研討會”上的演講）