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全世界超算,使用中中原人民共和国自强不息集

日期:2019-11-23编辑作者:文学文章

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新一期全球超级计算机500强榜单20日公布,使用中国自主芯片制造的“神威·太湖之光”取代“天河二号”登上榜首,中国超算上榜总数量也有史以来首次超过美国名列第一。

“神威·太湖之光”超级计算机

“中国芯”创造世界速度

全球超算,唯快不破。但追逐超算的意义不仅仅是赢得速度之争,更重要的是要以超算“致用”,获得更多的科学发现。

据国际TOP500组织当天发布的榜单,“神威·太湖之光”的浮点运算速度为每秒9.3亿亿次,不仅速度比第二名“天河二号”快出近两倍,其效率也提高3倍。更重要的是,与“天河二号”使用英特尔芯片不一样,“神威·太湖之光”使用的是中国自主知识产权的芯片。

超算领域世界顶级的“戈登贝尔奖”设立30年以来,中国团队从未入围。此次,基于“神威·太湖之光”系统研发的三个课题入围该奖项,占入围总数一半。

该组织在一份声明中写道:“中国在国际TOP500组织第47期榜单上保持第一名的位置,凭借的是一个完全基于中国设计、制造处理器而打造的新系统。”

超级计算机是科学家用来解决人类重要问题的工具。有效使用超级计算机,可在更短时间内完成重大研究。算天、算地、算人……嗯,你没有看错,科学家说,超级计算机还能算命。

“神威·太湖之光”由国家并行计算机工程技术研究中心研制,安装在国家超级计算无锡中心。此前,由中国国防科技大学研制的“天河二号”超级计算机已在TOP500榜单上连续六度称雄。

算天:风中哪朵雨做的云?

榜单前十名除了“神威·太湖之光”与“天河二号”外,其他分别是美国的“泰坦”与“红杉”、日本的“京”、美国的“米拉”和“三一”、瑞士的“代恩特峰”、德国的“花尾榛鸡”和沙特阿拉伯的“沙欣II”。

气象台的天气预报准度一直在提升,这背后其实都是超级计算机的功劳。

TOP500榜单是对全球已安装的超级计算机“排座次”的权威排行榜。从1993年起,由TOP500国际组织以实测计算速度为基准每半年发布一次。

北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院王兰宁教授,是中科院软件所与清华大学、北师大合作的“全球大气非静力云分辨模拟”团队成员之一。他从上世纪90年代从事气象预报员,到后来转型成为大气分析专家,预报天气的准头不断提升。

上榜总数中国取代美国成为第一

“下不下雨关键看云层运动,在没有超算之前,观测云层的精度是按照经纬度。有了超算之后,就可对云层运动进行精确模拟与观测。”王兰宁说。

此次榜单还有一个重大变动是,美国入围的超级计算机总数量首次跌下第一位置。上述声明说,由于过去一些年中国工业和研究部门注册提交的系统数量剧增,中国现在入榜的超级计算机数量达到167台,超过美国的165台。此外,由于中国占据TOP榜单头两名,中国在计算性能类别上也居于领先位置。

为了提高观测进度,他十几年来追逐着超算发展的脚步。2011年,他在天津的“天河一号”上实现了观测精度10万公里的目标;随后,他又在“神威蓝光”实现了1万公里精度;今年,他在“神威·太湖之光”上实现了9公里精度。如今,他又在向着3公里精度努力。

排行榜主要编撰人、美国田纳西大学计算机学教授杰克·唐加拉评价道,中国超级计算机不断增多已成为一个“趋势”。

“如果能够盯着每一朵云,天气预报就将万无一失。”王兰宁说,当然,这还需要更强的超算能力支撑。

“2001年中国上榜数量还是零,但今天中国已经超过美国,”唐加拉对记者说,“没有其他国家有这样快的增长速度。”

算地:既能找飞机,也能抓偷排

唐加拉认为,超级计算机“比以往任何时候都重要”,能为能源、医药、飞机制造、汽车与娱乐业等广泛领域的行业提供高性能计算服务。“更强大的计算能力将使得这些不同行业更快地生产出优异新产品,从而提高一个国家的竞争力”。

寻找MH370,是世界科技角力的战场。大量的卫星雷达集中对准南印度洋,当这些高科技眼睛采集到信息后,一个必经的环节是数据处理,担当这一环节的角色即是超级计算机。“只要有足够精确的相关数据,超算就能找到失事飞机。”清华大学地球系统科学研究中心副教授黄小猛说。

我国超算应用三项目入围国际最高奖

除了找飞机,还有更多接地气的事情倚仗超级计算机来解决。

记者20日从国家超级计算无锡中心获悉,基于全球最快超级计算机“神威·太湖之光”系统的三项全机应用入围国际高性能计算应用领域最高奖——戈登贝尔奖。

建一栋楼对周边的环境到底有什么影响?如何建设风道便于污染物扩散?中科院深圳先进技术研究院正在国家超算无锡中心进行的一项课题,就是深圳市污染物扩散的模拟。通过超算模拟,可以根据目前污染物的情况,计算出未来一段时间的大气污染物浓度和分布,进行空气质量预报。从预报结果还可以计算出哪些污染源“贡献”最大,了解污染的来龙去脉,为污染防控提供决策指导。

超算发展是速度之争,更是应用之争。负责“神威·太湖之光”运行与维护的国家超级计算无锡中心主任杨广文介绍,中心从2015年12月开始试运行以来,坚持机器测试与应用开发同步进行,对11类典型科学与工程计算算法进行了移植优化,吸引了24个应用课题组开展软件移植与优化工作,其中有效使用半机以上的应用达11个,涉及天气气候、航空航天、船舶工程、海洋环境、生物信息、药物设计、电磁仿真等。

4155mg娱乐,“现在已经可以实现倒推排查究竟是哪个排放点导致了某次大气污染,未来将能够实现每个小区、每个居民点空气质量的准确预报。”中科院深圳先进技术研究院副研究员陈荣亮说。

据了解,被称作超算应用领域诺贝尔奖的“戈登贝尔”奖,从1987年建立以来,中国团队从未入围。今年,基于“神威·太湖之光”系统的三项全机应用已经入围,占全部入围数量一半。三项应用分别为中科院软件所与清华大学、北师大合作的“全球大气非静力云分辨模拟”;国家海洋局海洋一所与清华大学合作的“高分辨率海浪数值模拟”;中科院网络中心的“钛合金微结构演化相场模拟”。

算人:医疗应用前景广

揭秘

模拟血流、模拟心脏、模拟人体任何一个部分,有了超级计算机,这些都不再是梦想。

运行一分钟人算32年

近期,美国科学家利用世界前十的超级计算机,选取一名真人扫描其血管系统,通过3D建模技术建立动脉系统模型,成功地再现了整个人体的动脉系统。任何直径或宽度在1毫米以上的动脉血管都会出现在模型中,而且模型的分辨率达到了9微米。

超级计算机新霸主运算速度到底有多快?全国产化意味着什么概念?中国超算是否已经迈上世界之巅?记者走进负责该系统运营和维护的国家超级计算无锡中心,为你揭开“神威·太湖之光”的神秘面纱。

只要运算核够多、速度够快,医疗工作者的诊断和治疗水平将大大提升,而科学的治疗手段更容易让患者接受。

“这套系统1分钟的计算能力,相当于全球72亿人同时用计算器不间断计算32年;如果用2016年生产的主流笔记本电脑或个人台式机作参照,‘太湖之光’相当于200多万台普通电脑。”国家超级计算无锡中心主任杨广文介绍。

陈荣亮近日也在利用“神威·太湖之光”对人体血流进行模拟与分析,例如可以及时有效地判定一个病人是否会发生脑梗塞的风险。

走进国家超级计算无锡中心,1000平方米的房间内,记者看到了“神威·太湖之光”的“真身”:

“过去,对一个可能发生脑梗塞病人,医院难以判断是否要进行支架手术,一般都会通过从大腿动脉处放进测压导丝进行测量,这种方式既危险又痛苦。如今,经过模拟计算,只要血流储备分数如果小于0.8,就要做手术。”陈荣亮说。

由40个运算机柜和8个网络机柜组成。每个运算机柜比家用的双门冰箱略大,打开柜门,4块由32块运算插件组成的超节点分布其中。每个插件由4个运算节点板组成,一个运算节点板又含2块“申威26010”高性能处理器。一台机柜就有1024块处理器,整台“神威·太湖之光”共有40960块处理器。

科学解决医患关系,从超级计算机开始。

“每一块处理器相当于20多台常用笔记本电脑的计算能力,4万多块再组装到一起,速度之快可想而知。”杨广文说。

算命?算你和他人有什么不同

专家解读

你对自己了解多少?好奇自己究竟是什么样的人?翻到星座运程时,半信半疑,但还是会瞄瞄和自己相关的那一页?人类最好奇的永远是自己本身。

超级计算机有啥用

超级计算机,在我们认识自己方面也能派上用场。

追逐超算的意义不仅仅是赢得速度之争,更重要的是要以超算“致用”,获得更多的科学发现。超级计算机是科学家用来解决人类重要问题的工具。有效使用超级计算机,可在更短时间内完成重大研究。

该功能的正式名称叫“个性特征服务”。美国的IBM超级计算机“沃森”近期宣布,通过对每个人2300条最新社交网络推文的解读,应用语言学分析方法归纳总结你的社交特性,然后将你与其他几十万甚至数百万用户进行比较,从而勾勒出你与众不同的个性。

算天:风中哪朵雨做的云?

“沃森”的分析程序如果由“神威·太湖之光”来做,是不是会更加准确?

气象台的天气预报准度一直在提升,这背后其实都是超级计算机的功劳。

“理论上是可以实现的,毕竟我国的超算已经达到了足够的分析能力。”长期从事超算应用的中科院计算机网络信息中心研究人员周纯葆说。只要科学家们的“脑洞”够大够好玩,设计礼服、设计创意食谱、设计任何你想得到或者想不到的玩意,超级计算机都有机会抢生意。

北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院王兰宁教授,是“全球大气非静力云分辨模拟”团队成员之一。他从上世纪90年代从事气象预报员,到后来转型成为大气分析专家,预报天气的准头不断提升。

“下不下雨关键看云层运动,在没有超算之前,观测云层的精度是按照经纬度。有了超算之后,就可对云层运动进行精确模拟与观测。”王兰宁说。

2011年,他在天津的“天河一号”上实现了观测精度10万公里的目标;随后,他又在“神威蓝光”实现了1万公里精度;今年,他在“神威·太湖之光”上实现了9公里精度。如今,他又在向着3公里精度努力。

“如果能够盯着每一朵云,天气预报就将万无一失。”王兰宁说,当然,这还需要更强的超算能力支撑。

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寻找MH370,是世界科技角力的战场。大量的卫星雷达集中对准南印度洋,当这些高科技眼睛采集到信息后,一个必经的环节是数据处理,担当这一环节的角色即是超级计算机。“只要有足够精确的相关数据,超算就能找到失事飞机。”清华大学地球系统科学研究中心副教授黄小猛说。

除了找飞机,还有更多接地气的事情倚仗超级计算机来解决。

建一栋楼对周边的环境到底有什么影响?如何建设风道便于污染物扩散?中科院深圳先进技术研究院正在国家超算无锡中心进行的一项课题,就是深圳市污染物扩散的模拟。通过超算模拟,可以根据目前污染物的情况,计算出未来一段时间的大气污染物浓度和分布,进行空气质量预报。从预报结果还可以计算出哪些污染源“贡献”最大,了解污染的来龙去脉,为污染防控提供决策指导。

“现在已经可以实现倒推排查究竟是哪个排放点导致了某次大气污染,未来将能够实现每个小区、每个居民点空气质量的准确预报。”中科院深圳先进技术研究院副研究员陈荣亮说。

算人:医疗应用前景广

模拟血流、模拟心脏、模拟人体任何一个部分,有了超级计算机,这些都不再是梦想。

近期,美国科学家利用世界前十的超级计算机,选取一名真人扫描其血管系统,通过3D建模技术建立动脉系统模型,成功地再现了整个人体的动脉系统。任何直径或宽度在1毫米以上的动脉血管都会出现在模型中,而且模型的分辨率达到了9微米。

只要运算核够多、速度够快,医疗工作者的诊断和治疗水平将大大提升,而科学的治疗手段更容易让患者接受。

陈荣亮近日也在利用“神威·太湖之光”对人体血流进行模拟与分析,例如可以及时有效地判定一个病人是否会发生脑梗塞的风险。

“过去,对一个可能发生脑梗塞病人,医院难以判断是否要进行支架手术,一般都会通过从大腿动脉处放进测压导丝进行测量,这种方式既危险又痛苦。如今,经过模拟计算,只要血流储备分数如果小于0.8,就要做手术。”陈荣亮说。

算“命”:你和他人有何不同

你对自己了解多少?好奇自己究竟是什么样的人?人类最好奇的永远是自己本身。超级计算机,在我们认识自己方面也能派上用场。

该功能的正式名称叫“个性特征服务”。美国的IBM超级计算机“沃森”近期宣布,通过对每个人2300条最新社交网络推文的解读,应用语言学分析方法归纳总结你的社交特性,然后将你与其他几十万甚至数百万用户进行比较,从而勾勒出你与众不同的个性。

“沃森”的分析程序如果由“神威·太湖之光”来做,是不是会更加准确?

“理论上是可以实现的,毕竟我国的超算已经达到了足够的分析能力。”长期从事超算应用的中科院计算机网络信息中心研究人员周纯葆说。只要科学家们的“脑洞”够大够好玩,设计礼服、设计创意食谱、设计任何你想得到或者想不到的玩意,超级计算机都有机会抢生意。

新闻分析

从“一枝独秀”到“双星闪耀”

国际TOP500组织20日公布全球超级计算机500强排行榜最新榜单。新榜单最为“抢眼”的,莫过于中国超算的“双星闪耀”。这份榜单每半年更新一次,但前五名排位已经有长达3年未变。这次,终于有新面孔出现并且一下子就占据头名:中国“神威·太湖之光”的速度比第二名、同样来自中国的“天河二号”快出近两倍,效率也提高3倍。

更重要的是,这是中国最强大的超级计算机首次完全用上“中国芯”。3年来,从多次蝉联榜首的“天河二号”一枝独秀,到如今的“双星闪耀”,这再次证明中国超算系统的整体研制能力已处于国际领先水平。

同样反映出中国超算迅猛发展势头的是,在上榜总数上,中国首次把长期独占鳌头的美国“拉下马”。中国超算上榜总数从上一期的109台猛增至现在的167台,登上榜首;而美国从上一期的199台下降至现在的165台,500强榜单有史以来首次无缘总数第一。

从公司角度看,中美两国计算机企业在榜单前几名呈“交错”之势。美国惠普公司生产的超级计算机依然最多,为127台;其次是中国的联想,有84台,与上一期的25台相比大幅上升;美国克雷公司以60台位居第三;中科曙光以51台位居第四;美国国际商用机器公司以38台位居第五;中国另一家厂商浪潮以20台位居第八。

从使用的处理器看,美国仍占据主导地位。500强中,有455台超算使用英特尔处理器,使用IBM和超威半导体公司处理器的超算分别为23台和13台。

述评

超算中国“芯”终于梦成真

新一期全球超级计算机500强榜单20日公布,使用中国自主芯片制造的“神威·太湖之光”登上榜首,这是中国“芯”走上自主之路的里程碑式事件,意味着中国掌握了超算制造的主要核心技术。中国超级计算机拥有中国“芯”终于不再是梦想,而是成为了再真实不过的现实。

2015年年初,美国政府禁止其企业向中国出口与超级计算机相关的技术,让中国人意识到核心技术不能受制于人。但从积极方面看,禁令促使中国猛醒。正如榜单主要编撰人、美国田纳西大学计算机学教授杰克·唐加拉当时所言:“美国政府试图遏制高性能计算机在中国的发展,但禁令很有可能会加速‘中国设计’芯片的研制。”

一年之后,“神威·太湖之光”夺得全球超算冠军,向世界正式宣告中国“芯”的到来。

美国加利福尼亚大学河边分校超级计算实验室负责人陈子忠对记者说,虽然中国已经多次使用美国芯片组建的超级计算机登上500强榜单榜首,但“神威·太湖之光”凭借的是中国自主芯片获此殊荣。这个系统不仅性能卓越,而且能效优异,“充分展现了中国计算机专家的设计智慧”。

喜上加喜的是,在中国国内超算生产商联想、中科曙光与浪潮等的大力推动下,中国第一次把美国赶下占据了23年之久的超算入榜总数“王座”。中国此次“入围”系统数量是167台,比美国的165台只超出两台。唐加拉感慨地说:“2001年中国上榜数量还是零,但今天中国已经超过美国。没有其他国家有这样快的增长速度。”

但国家863计划高效能计算机及应用服务环境重大项目总体专家组组长、北京航空航天大学教授钱德沛提醒说,美国整体上仍处于领先地位,技术储备的纵深比中国深得多,美日欧在超算应用方面要比中国有优势。“中国不能盲目乐观。而且入榜的很多系统严格上不属于超算,是数据中心等系统,美国、日本等一般不将这类系统列入超算,所以数量不能说明一切”。

毋庸置疑,一个国家的计算能力已成为现代国家战略力量的重要组成部分。最新榜单在一定程度上证明了中国的计算实力,但中国要成为像美国那样的计算强国还有很长的路要走。

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