近日，全球超算500強(qiáng)中國(guó)上榜數(shù)量蟬聯(lián)第一的消息讓高性能計(jì)算（HPC）再次引發(fā)關(guān)注。高性能計(jì)算是一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)力體現(xiàn)，是支撐國(guó)家實(shí)力持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，世界各國(guó)都在積極建立、強(qiáng)化超級(jí)計(jì)算中心，提升高性能計(jì)算能力。占有如此重要戰(zhàn)略位置的高性能計(jì)算未來(lái)發(fā)展會(huì)是怎樣的呢？
你追我趕發(fā)展迅速
全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單始于1993年，由國(guó)際組織“TOP500”編制，每半年發(fā)布一次，是給全球已安裝的超級(jí)計(jì)算機(jī)排座次的知名榜單。6月17日，新一期全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單面世，中國(guó)超算上榜數(shù)量蟬聯(lián)第一，美國(guó)超算“頂點(diǎn)”仍是運(yùn)算速度冠軍。
中國(guó)境內(nèi)有219臺(tái)超算上榜，在上榜數(shù)量上位列第一，美國(guó)以116臺(tái)位列第二，日本、法國(guó)、英國(guó)和德國(guó)依次位居其后。這是2017年11月以來(lái)，中國(guó)超算上榜數(shù)量連續(xù)第四次位居第一。其中，中國(guó)“超算三強(qiáng)”聯(lián)想、浪潮、曙光分別貢獻(xiàn)了173臺(tái)、71臺(tái)和63臺(tái)，分列廠商榜單的前三位。值得一提的是，聯(lián)想上榜超算數(shù)量較2018年11月榜單增加33臺(tái)，于去年就已經(jīng)成為TOP500超級(jí)計(jì)算機(jī)全球最大的供應(yīng)商。2018年的數(shù)據(jù)顯示，全球500臺(tái)最強(qiáng)大的超級(jí)電腦中有近1/4執(zhí)行聯(lián)想裝置。
從新一期全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單來(lái)看，中國(guó)在數(shù)量上繼續(xù)增長(zhǎng)，美國(guó)在最快超算上領(lǐng)跑，其在超算運(yùn)算速度上仍有較大的優(yōu)勢(shì)。美國(guó)能源部下屬橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的“頂點(diǎn)”以每秒14.86萬(wàn)億次的浮點(diǎn)計(jì)算能力再次登頂，打破了在半年前榜單上的每秒14.35萬(wàn)億次的紀(jì)錄。而美國(guó)能源部下屬勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的“山脊”、中國(guó)超算“神威·太湖之光”和“天河二號(hào)”分列二、三、四位。
中科院計(jì)算所研究員、國(guó)家超算濟(jì)南中心主任張?jiān)迫嬖V《中國(guó)電子報(bào)》記者，本期全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單變化不大，中國(guó)排在前50的超級(jí)計(jì)算機(jī)較少，形成“頭重腿長(zhǎng)腰細(xì)”的形態(tài)。目前，中國(guó)已經(jīng)是超算大國(guó)，但還不是超算強(qiáng)國(guó)。
賽迪顧問(wèn)分析師劉新表示，從榜單數(shù)量來(lái)看，中國(guó)在超算上榜數(shù)量上位列第一，可以看出中國(guó)在高性能計(jì)算方面實(shí)力是逐年提升。雖然美國(guó)上榜數(shù)量位列第二，但在單節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力上，中國(guó)與美國(guó)的差距仍然很大。并且，排名并不能夠代表高性能計(jì)算應(yīng)用的真實(shí)情況，受制于高性能軟件發(fā)展，國(guó)內(nèi)的高性能計(jì)算應(yīng)用還是較匱乏，也較落后，很多產(chǎn)品難以發(fā)揮其真正的規(guī)模計(jì)算能力。另外，在體系架構(gòu)創(chuàng)新方面我們還需多元化發(fā)展。
架構(gòu)創(chuàng)新成為重點(diǎn)
現(xiàn)階段超算目標(biāo)不再局限于提升系統(tǒng)計(jì)算性能，而更偏重于發(fā)展自身超算技術(shù)，HPC發(fā)展之路可謂從Supercomputer到Supercomputing（從超級(jí)計(jì)算機(jī)到超級(jí)計(jì)算技術(shù)）。劉新告訴《中國(guó)電子報(bào)》記者，高性能計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的是高性能計(jì)算，每年技術(shù)演進(jìn)的重心不再是傳統(tǒng)的集群方式，而是基于體系架構(gòu)創(chuàng)新。目前，更多的廠商開(kāi)始利用新的技術(shù)架構(gòu)，如GPU+CPU的混合架構(gòu)。CPU本身的性能與架構(gòu)也會(huì)向多核、眾核的方向發(fā)展。未來(lái)，也會(huì)出現(xiàn)AI+HPC這類組合應(yīng)用。
張?jiān)迫硎?，為了支撐多元化的?yīng)用需求、適應(yīng)多樣的計(jì)算需求，超級(jí)計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)，也會(huì)向異構(gòu)化方向發(fā)展。而超級(jí)異構(gòu)的創(chuàng)意性架構(gòu)需要多元化的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，本次全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)發(fā)布會(huì)上也提到了推動(dòng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)多元化發(fā)展的目標(biāo)。
云超算賦能全行業(yè)
高性能計(jì)算機(jī)的用途有很多。目前，中國(guó)有6個(gè)超級(jí)計(jì)算中心，已經(jīng)構(gòu)建了從編譯器、操作系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)環(huán)境到應(yīng)用平臺(tái)的較為完善的軟件生態(tài)鏈，應(yīng)用領(lǐng)域涉及天氣氣候、航空航天、先進(jìn)制造、新材料等眾多方面。目前，高性能計(jì)算正從傳統(tǒng)的科學(xué)計(jì)算向新型的計(jì)算領(lǐng)域快速擴(kuò)散，如人工智能、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等都和超級(jí)計(jì)算的計(jì)算能力有密切的關(guān)系，尤其在人工智能智方面起到了很大的推動(dòng)作用。高性能計(jì)算的算力為大數(shù)據(jù)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)保障，大數(shù)據(jù)又是人工智能發(fā)展的支撐。同時(shí)，人工智能的發(fā)展和應(yīng)用促進(jìn)大數(shù)據(jù)的爆發(fā)增長(zhǎng)和算力的技術(shù)提升，三者有著密切的關(guān)聯(lián)。有專家表示，高性能計(jì)算直接帶動(dòng)人工智能和大數(shù)據(jù)的發(fā)展。人工智能滲透性強(qiáng)，在各行業(yè)都有體現(xiàn)，如智能工業(yè)、智能醫(yī)療、智能交通等方面。人工智能的發(fā)展需要芯片、算法、硬件等解決方案，技術(shù)偏“硬”。而大數(shù)據(jù)基于海量數(shù)據(jù)分析，技術(shù)偏“軟”。兩者相輔相成、相互結(jié)合才能賦能每一個(gè)行業(yè)。
大數(shù)據(jù)的特色在于對(duì)海量數(shù)據(jù)的挖掘，但它必須依托云計(jì)算的分布式處理、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、云存儲(chǔ)和/或虛擬化技術(shù)。從技術(shù)上看，大數(shù)據(jù)與云計(jì)算的關(guān)系就像一枚硬幣的正反面一樣密不可分。“未來(lái)的高性能計(jì)算可能還要和云計(jì)算融合，即所謂的高性能云計(jì)算。高性能云計(jì)算會(huì)成為高性能計(jì)算向大眾、向整個(gè)社會(huì)普及的窗口，在未來(lái)計(jì)算的建設(shè)中將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。”張?jiān)迫獙?duì)《中國(guó)電子報(bào)》記者說(shuō)。
張?jiān)迫硎荆鎸?duì)新的行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，超級(jí)計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和軟件生態(tài)都要不停地創(chuàng)新和進(jìn)化。與新的應(yīng)用領(lǐng)域融合創(chuàng)新，這也是目前超算發(fā)展的主要挑戰(zhàn)。
算力工廠惠及大眾
隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來(lái)臨，高性能計(jì)算已經(jīng)逐漸走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入企業(yè)應(yīng)用，和我們的生活息息相關(guān)。相比過(guò)去，高性能計(jì)算這個(gè)主要用于科研機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)已經(jīng)在逐漸“平民化”。
“當(dāng)前高性能計(jì)算的應(yīng)用主要還是集中在科學(xué)計(jì)算方面，如模擬仿真，基因測(cè)序、大腦研究、天體物理學(xué)、人工智能、氣候科學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、汽車和航空等領(lǐng)域。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)的發(fā)展，我認(rèn)為HPC的服務(wù)模式也會(huì)發(fā)生一些變化。從傳統(tǒng)科學(xué)研究走向商用，通過(guò)HPC平臺(tái)對(duì)外輸出類似海量數(shù)據(jù)的處理、HPC應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)與測(cè)試等在線服務(wù)。”劉新向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示。
目前無(wú)論是高精尖領(lǐng)域，還是以全球人口為龐大基數(shù)的運(yùn)算分析領(lǐng)域，對(duì)于算力的需求都是持續(xù)增長(zhǎng)的。未來(lái)高性能計(jì)算的服務(wù)模式，應(yīng)充分利用現(xiàn)有資源，實(shí)現(xiàn)算力的開(kāi)發(fā)、共享，讓算力惠及民生，走入千家萬(wàn)戶，使企業(yè)甚至個(gè)人皆可享有算力帶來(lái)的便利。
“隨著高性能計(jì)算的快速發(fā)展，對(duì)計(jì)算力的需求越來(lái)越旺盛，我們將來(lái)可能會(huì)進(jìn)入一個(gè)算力經(jīng)濟(jì)的時(shí)代。甚至?xí)霈F(xiàn)類似于發(fā)電廠的算力工廠，可以簡(jiǎn)單、便宜地把計(jì)算能力輸送到社會(huì)的方方面面。”張?jiān)迫f(shuō)，“未來(lái)我們可能會(huì)進(jìn)入一個(gè)國(guó)家超算中心和算力工廠并存的時(shí)代，這樣既可以滿足社會(huì)高精尖領(lǐng)域的需求，也可以滿足經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新和社會(huì)生活等各個(gè)方面的需求。”（記者 馬利亞）
轉(zhuǎn)自：中國(guó)電子報(bào)
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