一代代“天河人”接力前行,成为支撑我国未来高性能计算的脊梁。

独辟蹊径求突破

中国超级计算机的发展无疑给世界带来了无数惊叹。

3年多时间里,两次研发出全球速度最快的超级计算机;短短十几年里拥有超级计算机的数量,从零跃居世界第二;最近10年,中国超级计算机性能提升了5000倍,而同期美国超级计算机性能只提升了500倍……

是什么造就了中国超级计算机的跨越式发展?钱德沛说,银河、天河系列之所以取得如此骄人的业绩,得益于一系列重大技术的自主创新,也清楚地表明了中国科技实力的巨大进步。

超级计算机是集成数以万计CPU的庞然大物。按传统的方法,提高超级计算机的运算速度可以是增加处理器数量,也可以是增加CPU核数。蒋句平告诉记者,“传统的方法难以为继,增加CPU数主要受到功耗、占地面积、系统可靠性方面的限制。”据介绍,按传统方法构建一台每秒百亿亿次超级计算机,需要占地1.3万平方米,将近两个足球场那么大;需要用电320兆瓦,相当于一个大中型城市的用电量。

很显然,按照传统方案根本行不通,首先必须解决机器规模增长带来的一系列烦恼与挑战:如何降低功耗,节省能源?怎么提高密度,节省机房空间?如何突破内存和网络I/O的瓶颈,补足系统的短板?如何优化并行软件的开发,提高效率,保证数据一致性?

再难也要上,时任“天河一号”总设计师杨学军决定带领他的团队,在世界上率先采用CPU+GPU异构融合体系结构,利用GPU加速通用应用程序运行。几年来,这种结构因其低能耗、低成本、高集成度等优点,逐渐成了国际主流。

在“天河”团队的全体努力下,类似的自主创新成果一个接一个。如今,“天河二号”的多项自主关键技术令世界瞩目:“新型异构多态体系结构”大幅度提高了系统的计算速度;高速互连系统性能是当前国际商用互连系统的两倍,综合化能耗控制机制实现了国际先进的能效比;自主研制出当前国内主频最高的新一代高性能通用“飞腾—1500”CPU,有力支撑了高吞吐率和高安全的信息服务类应用;高密度、高精度组装结构使得系统的占地面积与“天河一号”相当、性能却提升了11.6倍……

“可以说,如今中国超算系统的整体研制能力已处于国际前列,体系结构等部分技术已领先国际水平。”朱小谦说。从局部突破到综合技术领先,从奋力追赶到逐步超越,世界超级计算机的发展史上已留下“中国创造”的深深印记。

因为有了一系列自主创新成果,中国的超级计算机科研工作者在世界同行中赢得尊重。刘光明至今仍清楚地记得,过去要参观国外超算公司、参加国外超算学术会议非常困难。即使有幸参加,中方人员的行程都会被跟踪,看了什么,问了什么,都会被记录上报。如今,主动邀请代替了百般拒绝,热情相拥代替了冷淡对待。欧盟第七框架科研计划与“天河一号”合作项目顾问、德国于利希超级计算中心教授BerndMohr表示,中国在超级计算机领域经验丰富,欧盟希望通过这一合作,对未来高性能计算发展规划提供指导和参考。

“当然,我国超算领域也有短板。”钱德沛告诉记者,最大短板在于应用,软件方面与国际先进水平还有很大差距,希望国家把超级计算机作为关系国家长远发展的重大基础设施建设持续支持,让超级计算机这一“国之重器”更好地发挥作用。

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