無錫“神威”，算出未來

毛振華　朱國亮

神威·太湖之光超級計算機

隨著以人工智能、大數據和區塊鏈為代表的數字化浪潮撲面而來，信息技術服務實體經濟能力顯著增強，實體經濟加快數字化轉型成為大勢所趨。

在推進數字技術與實體經濟深度融合過程中，多次登上世界超算之巔的超級計算機“神威·太湖之光”威力盡顯。在強大算力的支撐下，“神威·太湖之光”助力我國科研創新邁出新步伐，構建起諸多實體產業發展的核心競爭力，趟出了一條產業謀求轉型實現高質量發展的新路。

走進國家超級計算無錫中心主機房，整齊排列的數十個計算機機柜映入眼簾，每個機柜都容納了上千塊處理器。這就是聞名世界的超級計算機“神威·太湖之光”，國之重器。

發布于2016年6月的“神威·太湖之光”，由國家并行計算機工程技術研究中心研制，坐落在江蘇省無錫市濱湖區蠡園開發區內的國家超級計算無錫中心。該超算系統峰值性能12.5億億次，計算能力相當于200多萬臺普通筆記本電腦同時工作，持續性能9.3億億次，性能功耗比每瓦特60.5億次……

如今，“神威·太湖之光”已應用于20 多個領域，服務用戶超300家，完成1000 余項應用課題的計算任務。

國家超級計算無錫中心研發工程師葉躍進向《瞭望東方周刊》介紹，“神威·太湖之光”采用直流供電、全機水冷等技術，建立了全方位低功耗設計與控制體系，比同時期其他國際頂尖超算系統節能60%以上。

自發布以來，它已連續四次榮獲世界超級計算機TOP500榜單第一。2021年11月，在全球超級計算大會上，神威超算團隊參與研發的神威量子模擬器再次摘得年度世界高性能計算應用領域最高獎——“戈登·貝爾”獎，這已是基于神威系統開發的應用第三次奪得該獎項。

進入大數據時代，算力代表著對數字化信息的處理能力，不僅改變了人類的生產方式、生活模式和科研范式，而且成為科技進步和經濟社會發展的關鍵“底座”。從太空探索，到人類基因測序、醫藥研發，再到打車、購物，都要靠算力設施來處理海量數據。算力設施已成為新時期必不可少的基礎設施。在強大算力支持下，“神威·太湖之光”將有廣闊的應用施展空間。

國家超級計算無錫中心研發部副主任劉釗告訴《瞭望東方周刊》，“神威·太湖之光”相關應用項目于2017年獲得了“戈登·貝爾獎”及兩項提名獎，其中便有他參與的“地球系統模式”項目。

“不夸張地說，通過這個應用可以‘前知五百年，后知五百年’。”劉釗稱，該系統可以真實地模擬出地球生態演變的過程，既可以推演工業革命起地球氣候的巨大變化，也能向未來推演幾百年后大氣演變、海洋演變等自然生態的變化。

“由于系統極其復雜龐大，研發者在開發初期面臨巨大的難題，以前所積累的經驗和編程模式都無法開展。最終，龐大的系統產生了超過200萬行的代碼，這個代碼量已經到了行業天花板級別，卻僅用了神威50%的計算資源。”劉釗說。

據介紹，國產大飛機C919首飛成功，也離不開“神威·太湖之光”的助力。相關研究機構與國家超算無錫中心合作，開展了C919多種飛行狀態的模擬，完成了C919大型客機相關特性的精細數值模擬，計算網格規模由千萬網格提升到兩億網格，計算時間縮短到10小時以內，大大減少了風洞試驗次數，降低了設計成本。

“以前許多做不到，甚至不敢想的事情，現在借助超算可以實現。”中國船舶科學研究中心、中船奧藍托軟件公司研究員吳乘勝說，借助“神威·太湖之光”，他們對繞流問題進行數值模擬，終于順利完成“船舶流體力學CFD軟件”的研發。

國家計算流體力學實驗室通過對“天宮一號”返回路徑的數值模擬，為“天宮一號”順利“回家”提供了精確預測；上海藥物所藉此開展的藥物篩選和疾病機理研究，短短2周就完成常規需要10個月的計算，大大加速了白血病、癌癥等方向的藥物設計進度……如今，“神威·太湖之光”已應用于20多個領域，服務用戶超300家，完成1000余項應用課題的計算任務。

“我們將始終面向國家重大挑戰性應用需求，支持研究機構開發高性能應用課題。”葉躍進說。

國家超級計算無錫中心研發部副主任劉釗在機房查看“神威·太湖之光”的運行情況

工欲善其事，必先利其器。除了高大上的尖端科技，“神威·太湖之光”還以接地氣的姿態為產業賦能，服務實體經濟，助力制造業轉型升級。

比如，國家超算無錫中心同無錫遠景能源合作開展智慧風場項目，為遠景能源提供風資源預測、風場精細選址和風機建造等一整套生命周期服務，僅用12天時間就完成了全國的風資源數據測算，比原本的45天提速近4倍，數據誤差控制到了0.5%。

在環保領域，“神威·太湖之光”亦表現不俗。葉躍進介紹，多年來，長三角尤其是環太湖沿邊區域持續受到藍藻污染影響，國家超算無錫中心聯合國內多家科研院所，實現了對藍藻出現區域及時間的預測。“這項研究一方面可以提高太湖水質污染的分辨率，縮小治理范圍，節約治理成本；另一方面可以確保預測的時效性，從而及時處理。”

制造業是立國之本、強國之基，是國家經濟命脈所系。我國制造業規模已連續多年保持世界第一，但長期以來存在大而不強的問題。

任虎是國家超算無錫中心先進制造部部長、“神工坊”項目總工程師。他帶領團隊研發的高性能仿真平臺“神工坊”，是專為工業制造領域提供高性能工業工具開發、應用服務的在線平臺，能滿足用戶快速物理建模、仿真軟件架構體系優化和仿真軟件快速眾核加速等多層次需求，助力國產仿真軟件的推廣和替代。

江蘇江陰長電科技組裝車間裝片區域，作業員在操作裝片機臺進行作業（李響/ 攝）

據介紹，在航空發動機的設計和研制領域，“神工坊”團隊開創性地在“神威·太湖之光”上完成了發動機整機模擬，網格總量在業界首次達到50億，有效提高了設計精度，減少了實驗迭代次數和開發成本，提高了研究效率和質量。

“我們通過高保真模擬，設計人員可以清晰地捕捉部件相互作用造成的復雜現象，并在設計中后期對航空發動機的性能進行合理準確的預測。”任虎稱，該研究在第四屆中國數字仿真論壇上斬獲2022數字仿真科技獎“卓越應用獎”。

“‘神威·太湖之光’有著大數據應用的天然優勢。”中國工程院院士陳左寧表示，超算具有強大的數據存儲、檢索、計算和分析能力，在大數據應用方面將大有可為。而現在的大數據應用與新一代人工智能密切結合，對軟硬件都提出了很高要求，“神威·太湖之光”將為二者深度融合應用提供技術支撐。

“未來，國家超算無錫中心將是一所‘人工智能’大學。”浪潮集團首席科學家張暉稱，這所大學的學生并不是人類，而是自動駕駛汽車、醫院CT影像機等人工智能機器人。

在“神威·太湖之光”的“培訓”下，智能機器人將逐步擁有獨立思考的“頭腦”。比如，自動駕駛汽車不需要通過云控制，在斷網的情況下也能自己開；醫院的CT機可以代替醫生診斷分析病情，通過大量數據的計算，選擇最優解決方案。

作為數字經濟的核心生產力，算力已成為全球戰略競爭的新焦點。

中科院計算所研究員張云泉表示：“數據如同原油，大規模的計算設備就相當于大化工廠，化工廠可以從原油里提煉出汽油、柴油以及各種有價值的化工品，超算則可以又快又好地把大數據加工成社會需要的各種各樣的產品。”

國家超算無錫中心依托“神威·太湖之光”展開的算力基礎設施建設，正有效激發數據要素創新活力，加速數字產業化和產業數字化進程。

數實融合映出產業變革的光明前景。“神威·太湖之光”助力科研創新、產業轉型之路將越走越寬。“國之重器”算力優勢持續釋放，正為經濟高質量發展提供強有力支撐。