從“最快”世界冠軍到“最忙”勞動模范

胡春艷

很難說世界上還有別的東西比這更快，在眨眼的一秒鐘，它已經(jīng)完或數(shù)千萬億次計算。這是超級計算機的世界，速度永遠在刷新。

如果說超級計算機是“計算機界的珠穆朗瑪”，那么，位于國家超級計算天津中心的“天河一號”，是中國人在這個世界之巔插上的第一面紅旗。

20lo年，“天河一號”以持續(xù)速度每秒2570萬億次浮點運算、峰值速度4700萬億次的速度雄冠全球，并以這樣的速度，持續(xù)運行到今天。

今天，它的速度雖被后來者不斷超越，但這位昔日的冠軍卻“越來越忙”了，它每天要接1400多個任務(wù)，滿負荷運行；它“跑”的路也越來越寬了，天上飛的、地上跑的、地下藏的，全都“裝”在它心里算得一清二楚。

世界冠軍也要就業(yè)

為了向更多人解釋“天河一號”的速度，技術(shù)人員用了一個通俗易懂的比喻：它運行1小時，相當于13億人同時計算340年。

2010年“天河一號”面世時，人們對超級計算機還不了解，質(zhì)疑聲也隨之傳來：花這么多錢造超級計算機，就算它速度快，又有什么用？是不是閑置在一邊，是不是資源浪費？甚至還有網(wǎng)友調(diào)侃說，能不能讓我用來打游戲？

“從‘天河一號開始，中國超算不再受制于人。”國家超級計算天津中心主任劉光明清楚第一速度背后的深刻意義，這代表著一個國家的整體國力。

此前，中國沒有屬于自己的千萬億級超級計算機，缺乏強大的超算能力意味著，在氣象、海洋與能源等關(guān)系國計民生的重大基礎(chǔ)領(lǐng)域，都難以開展長效的預(yù)測、勘探等工作。

速度提升帶來的一個最直觀變化，是外國同行的態(tài)度。此前，歐美等國對中國使用他們的超級計算機開出高昂的價格，不僅如此，為了封鎖技術(shù)，他們還要求讓計算機“住進單間”，中國人不得靠近。

而當“天河一號”在世界超級計算機Top500榜單登頂后，不少外國同行主動來到中國，請教“天河一號”首創(chuàng)的讓CPU和GPU（圖形處理器）高效協(xié)同的計算模式。

象征著最尖端計算能力的超級計算機，也被一些人比作是“高智商的玩具”，研發(fā)和操作它的科學(xué)家們，也在摸索如何“玩”出名堂，讓它的強大腦力造福于人。

霧霾預(yù)警將要靠它

在你看得見或看不見的各個領(lǐng)域，超級計算機正在改變你的生活。

有時，它可以變成宇宙飛船的模樣，模擬大型航天器在外太空飛行的全部數(shù)據(jù)；有時，它會鉆到地下數(shù)千米，算出石油和天然氣到底藏身何處。當前的“全民公敵”——霧霾，也是它瞄準的方向。

精確預(yù)測霧霾其實并不容易。中國各個城市PM2.5到底都是從哪兒來的，有工業(yè)煙塵排放、汽車尾氣、建筑工地和道路揚塵、生活取暖排放以及農(nóng)村的秸稈燃燒等，但至今沒有一份完整的清單。即使在同一個城市中，不同區(qū)域的霧霾濃度也有很大差別。

專家將霧霾預(yù)報形容成“天氣預(yù)報+化學(xué)”，因為PM2.5其實包含著許多種不同的化合物，它們的大小也不盡相同。“溫、濕、風(fēng)、壓”是天氣預(yù)報主要關(guān)注的4個指標，而霧霾則涉及70個左右，每一個數(shù)值都不是固定不變的，任何一個指標的變化都會帶來完全不同的結(jié)果，因此預(yù)報霧霾的計算量是預(yù)報天氣的好幾倍。

以計算汽車尾氣對霧霾形成到底有多少具體的影響為例，專家們需要構(gòu)建一套道路交通尾氣排放的監(jiān)測系統(tǒng)。在這套系統(tǒng)中，地圖上標注出了城市中每個監(jiān)測站點的位置，通過路面攝像頭的監(jiān)控，在汽車行駛的同時就把車的大小、型號統(tǒng)計起來，然后自動計算出它的排量。再加上環(huán)境中污染濃度和氣象水平等數(shù)據(jù)，最終得出機動車實時排放的尾氣污染物情況。這套系統(tǒng)每5分鐘進行一次刷新，將搜集到的數(shù)據(jù)傳送到“天河一號”上，提供給綜合數(shù)據(jù)模型，最終算出汽車尾氣排放對霧霾形成的具體影響。

就這樣，“天河一號”可以把每一種污染源都精確到“點”來計算，結(jié)合大量數(shù)據(jù)進行分析后，判斷出不同的污染源在霧霾形成過程中扮演何種角色，從而大大提升霧霾預(yù)警的精度。而完成一次預(yù)報，用時只需2～3小時。

“天河一號”掌握了大氣化學(xué)反應(yīng)、污染源監(jiān)控等大數(shù)據(jù)信息后，通過建立計算模型進行模擬，已經(jīng)形成了一個實時、高精度、大范圍的霧霾監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)。更重要的是，依據(jù)這些精準信息，可以有望找到一個更優(yōu)化的霧霾治理方案。

全年無休的“工作狂”

從任何一個角度來看，“天河一號”都是個不折不扣的“勞模”。它全年無休，24小時持續(xù)運行，能夠始終保持穩(wěn)定高效的運算；它每天提供1400多個在線服務(wù)，服務(wù)的用戶數(shù)已近1300家，主要用戶遍布全國。

如今，“天河一號”已經(jīng)是石油企業(yè)尋找油氣資源不可或缺的“先鋒”，也成為國內(nèi)石油勘探地震數(shù)據(jù)處理能力最強、處理速度最快的平臺。

幾年前，“天河一號”的技術(shù)專家與某研究院歷時數(shù)月研究開發(fā)，最終共同研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的石油地震勘探數(shù)據(jù)處理核心軟件和處理平臺。原本需要1個月甚至更長時間才能完成的任務(wù)，現(xiàn)在可能只需要幾個小時。這樣一來，使得我國石油公司在國際勘探竟標上能夠獲得較大優(yōu)勢。

不僅如此，“天河一號”還參與了許多國家科技創(chuàng)新的重大項目。在腦科學(xué)和基因測序方面，它提速國內(nèi)全腦三維成像150倍以上，將原本需要5-6天的鼠類全腦成像，縮短到1-2個小時；與天津大學(xué)和華大基因等科研機構(gòu)開展基因測序等合作，試圖破解人類基因密碼；此外還與中科院上海藥物研究所合作，從20多萬個代表化合物中篩選出抗癲癇先導(dǎo)藥物。每一個項目推進的背后，

“天河一號”都不僅僅是一個計算工具，為了讓計算跑得更快、更精準、更有效，它都會深度參與研發(fā)，不斷尋求更完美的解決方案。

“天河三號”將要亮相

如今，“天河一號”已經(jīng)7歲了，因為應(yīng)用廣泛，早已實現(xiàn)自負盈虧。而它每天滿負荷運轉(zhuǎn)，甚至還會出現(xiàn)應(yīng)用“排隊”的情況，有更新?lián)Q代的需求。

目前，由國家超級計算天津中心同國防科技大學(xué)聯(lián)合開展的“天河三號”樣機研制工作已經(jīng)啟動。原型樣機的研制，將為進一步研發(fā)自主芯片、自主操作系統(tǒng)、自主運行計算環(huán)境的全自主的新一代百億億次超級計算機打下基礎(chǔ)。而百億億次超級計算機提升的不僅僅是計算能力，更重要的是在計算密度、單塊計算芯片計算能力、內(nèi)部數(shù)據(jù)通信速率等技術(shù)上得到全面提升。

2017年“天河三號”驗證系統(tǒng)將完成高性能芯片、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵技術(shù)的突破，樣機預(yù)計在2017年年底至2018年年初完成部署。測試穩(wěn)定后，2020年左右部署完成整機系統(tǒng)。

速度帶來的是實實在在的經(jīng)濟效益。經(jīng)過初步測算，“天河三號”每年產(chǎn)生的實際經(jīng)濟效益將超100億元。

（責(zé)任編輯：白玉磊 責(zé)任校對：夏越）