揭秘支撐上海科創的“超級大腦”

宋杰

超級計算機，又名“高性能計算機”，每秒運行百萬億次是它的看家本領。

理論推導、實驗測試、計算模擬是當今科技創新的三大主要手段。超級計算機作為計算模擬的主要工具，是不可或缺的科研基礎設施，也是國家科技創新體系的重要組成部分，已成為世界各國特別是發達國家競相爭奪的戰略制高點。

據悉，作為支撐上海科技創新的“超級大腦”——上海超級計算中心正在推進計算資源的升級擴容，今年將提速6倍，實現每秒2500萬億次計算能力，未來將落戶正在建設中的張江綜合性國家科學中心。2020年將力爭“E級機”（每秒可計算百億億次的超級計算機）落戶上海，為科創中心建設提供高性能計算和數據處理支撐。

上海超級計算中心

上海超算中心能做什么？

上海超級計算中心（下稱“上海超算中心”）成立于2000年，其使命是滿足基礎科學研究的高性能計算需求，同時支持工業創新等其他社會各類用戶的高性能計算需求。在未來的張江綜合性實驗室的大科學設施群中，又可為其他大科學設施提供計算支持，支撐國家科學中心體系內大科學裝置的研制和應用。

在上海這一“超算大腦”的幫助下， 中國科學院上海應用物理研究所高嶷研究員團隊通過建立一個新型理論模型，有效模擬了水汽環境對金屬納米顆粒結構形貌的影響。

在智慧城市建設方面，上海超算中心是重要的公共資源服務平臺，其支撐著上海環境監測中心的長三角區域預報系統，在2016年9月G20峰會期間，更是全力支持和保障環境監測中心對G20區域空氣質量的預報工作。當時，在計算資源嚴重緊張的情況下，單獨為環境監測中心劃出專屬計算隊列和存儲空間。2016年下半年環境監測中心合計使用了計算資源124萬核小時。

“超算大腦”在商用方面更接地氣，慕名而來的企業絡繹不絕。記者在上海超算中心一樓機房外的屏幕上看到，紅、綠兩色色塊的比重各占一半，紅色表示排隊，綠色表示運行。“永遠都有用戶在排隊，這是這座國內運營時間最長的超算中心的常態。”上海超算中心主任周曦民向記者介紹說。

上海超算中心的“客戶”之一——金棕櫚旅游大數據研究院主要專注于旅游數據服務與咨詢，包括旅游市場監測、大屏幕監控、行業咨詢與預測等。上海超級計算中心綜合管理部部長林薇向記者介紹，“地震時可以通過實時數據監控馬上得知有多少中國團隊在震區。比如2015年尼泊爾地震，在中國領館還沒有掌握數據的情況下，我們通過旅游智慧大數據的屏幕馬上就知道當地有多少團隊，同時所有導游的手機號碼都會在大屏幕上顯示出來。”

林薇說，“旅游公司也愿意與金棕櫚合作，因為其每年會提供大數據報告，為企業提供營銷策略。 2015年，金棕櫚剛起步時，小型服務器對他們而言已經足夠，在規模變大后，從去年開始服務器就放在上海超算中心。”

此外，上海“超算大腦”還為企業產品研發提供仿真模擬數據以提高生產過程中的產品質量。例如在汽車領域，上海世科嘉車輛技術研發有限公司已長期運用上海超算中心的資源作為他們研發新車、優化新車設計方案的重要工具，如其通過CAE（計算機輔助工程）為某一款新車側面碰撞做優化分析，得出的結論是車身結構變形合理，B柱（指在駕駛艙的前座和后座之間，從車頂延伸到車底部的豎梁）和車門侵入量小，而且適當減重，假人傷害值較小。

國內“最老”超算中心被趕超，新超算中心落子張江

上海超算中心齊全的軟件、快速的計算資源為企業縮減成本、提高效益起到了重要作用。但上海超算中心首席科學計算工程師王濤坦言，近年來，上海超算中心僅有0.4千萬億次/秒的計算能力，相比世界排名第一的計算機12.5億億次/秒的計算能力，“的確落后了”。

放眼全國，大規模的超算中心有10多家，其中廣州超算中心、深圳超算中心、濟南超算中心、湖南大學超算中心、天津超算中心、無錫超算中心的計算量級都很大。

雖然上海超算中心成立最早，并且在2000年到2008年間，也是全國唯一一家超算中心，但在此后，各地超算中心追趕速度更快。去年登頂全球最快計算機排行榜Top500榜首的“神威·太湖之光”就位于無錫超算中心，其每秒運算9.3億億次，峰值性能高達每秒12.54億億次，是上海超算中心升級后的“魔方”的25倍。？？

雖然在一段時間內，上海超算中心用出色的運維能力彌補了計算能力的不足，但作為上海張江綜合性國家科學中心的計算能力提供方和數據支持方，運算能力的不足依然是上海超算中心的“短板”。此外，科學對高性能計算的依賴與日俱增，即使是上海光源、蛋白質中心等為全世界科學家提供服務的公共研發平臺，也需要借助計算能力。

按照上海超算中心計算資源建設三步走的發展規劃，第一步在2017年將實現每秒2500萬億次計算能力的部署，填補計算資源缺口，初步滿足上海快速增長的計算需求，為上海國家科學中心啟動階段的相關機構、基礎科學研究、工業企業和公共領域提供服務。第二步，上海超算中心已經參與了科技部主導的下一代E級高性能計算機原型系統研制項目，并將于2018年中部署E級預研機系統及應用。第三步是積極引進“E級機”或更高性能的超級計算機落戶上海為國家科學中心服務，目前其已和張江集團初步規劃了未來引進更高性能計算資源后新超算中心在土地、基建及電力等方面的建設方案。