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自主创新 铸就超算“国之利器”

2019-09-27 09:43:09 | 来源: 科技日报 | 编辑: 高宝 | 责编: 郑思雯
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  “超级计算机,体现着一个国家在全球信息技术竞争中的强国地位,是支撑综合国力提升的国之重器。40年来,我国超算经历了从无到有、从跟跑到局部领先、从关键核心技术引进到实现自主可控的艰难发展历程。”这是近日江苏无锡举行的国际技术转移大会上,来自国内超算领域专家们的共识。

  说起40年来我国超算研制、创新、应用的“超常发展”成果,亲历中国超算事业发展的国家超级计算无锡中心主任杨广文教授告诉记者:“自1978年我国启动首台巨型机‘银河-Ⅰ’研制以来,目前已在天津、深圳、济南、长沙、广州和无锡建成6个国家级超算中心,13次拿下世界第一 。这是举国之力所铸就出的‘国之利器’。”

  突破封锁 让大型科学计算不再受制于人

  超级计算机是国际高端信息技术创新和竞争的制高点,对国家安全、经济和社会发展具有举足轻重的意义。上世纪70年代,首台超级计算机问世后,国际上对超级计算机需求猛增。发达国家在重点产业领域,已利用超级计算机取得多方面突破。

  当时,美国、日本等在关键核心技术上,就对中国全面封锁。那时,我国由于没有高性能的计算机,勘探的石油矿藏数据和资料不得不用飞机送到国外去处理,不仅费用昂贵,而且受制于人。

  “超算由大量的计算节点组成,每个计算节点由一些CPU组成,计算节点由高速互联网络连接起来,另外,还有大规模存储系统、系统软件、应用软件和冷却系统等。我国要想在短时期发展超算,在超算核心技术上有重大突破,跑在世界前列,不是一件轻易能够实现的事。”江苏理工学院计算机工程学院郁钱博士说。

  我国政府高度重视发展超算,于1978年正式启动巨型计算机研制工程。然而,由于当时技术基础、生产工艺等都与先进国家存在巨大差距,要一下子把计算速度提升到每秒一亿次,面对着一个一个难题。

  5年里,承担此项艰巨任务的研发团队,解决了无数个基础理论、技术和工艺难关,攻克了数以百计的关键技术难题,创造性地提出了“双向量阵列”结构,并完成整体设计,比原计划提前一年研制成功“银河-Ⅰ”巨型计算机,系统达到并超过了预定的性能指标,机器整体稳定可靠。这标志着中国成为世界上少数几个能够独立设计和研制亿次巨型机的国家。

  后来居上 中国超算快速走向自主可控

  “我国的超算是从一穷二白做起的。在2002年之前,TOP500上就没有中国的超算,或者说中国超算本身就很少。从2002年之后,经过15年的高速发展,无论是中国超算的上榜数量还是性能,都呈指数级增长。特别是‘神威·太湖之光’实现了真正的安全自主可控。”杨广文说。

  面对各国在超级计算机上展开的激烈角逐。我国自“十二五”开始,基于自主可控超算系统的软件与应用考虑,重新布局超级计算机的研制工作。其中,“神威·太湖之光”就是863计划的一项重大科研成果。

  “神威·太湖之光”是由国家并行计算机工程技术研究中心研制,运算系统全面采用了由国家高性能集成电路设计中心通过自主核心技术研制的国产“申威26010”众核处理器,实现了对该领域产品的国产化替代 。

  “‘神威·太湖之光’也是我国第一台全部采用国产处理器构建的世界排名第一的超级计算机。到目前,以每秒9.3亿亿次的浮点运算速度,连续四次在全球超级计算机中夺冠。”国家超级计算无锡中心主任助理、研发部部长甘霖说。

  E级计算被公认为“超级计算机界的下一顶皇冠”,是国际上高端信息技术创新和竞争的制高点。为此,我国面对未来新的挑战与考验,超前布局了下一代超算,在“十三五”国家重点研发专项中,重点支持三个不同技术路线的E级原型系统。

  目前,我国E级超算系统研发正在稳步推进之中,将全面打造国产超算生态环境,实现中国超算可持续创新发展。

  加速应用 发挥“国家重器”特殊作用

  国家超级计算无锡中心主任杨广文认为,超级计算机被称为“国家重器”,属于国家战略高技术领域。发展超算,关键要能够服务于国家特殊需要,服务于高新技术产业发展。

  “神威·太湖之光”是安装在国家超级计算无锡中心的超级计算机,在多个国家重大科研项目上得到应用,涉及天气气候、航空航天、船舶工程、海洋环境、石油勘探、生物信息、药物设计、电磁仿真、量子模拟、先进制造、新材料、新能源等20多个应用领域,并支持了包括科学与工程计算、大数据、人工智能领域的10多个国家重大专项和重点研发项目,200余项应用课题达到百万核心计算规模。

  特别是其中22个大型应用能够高效运行整机计算资源,并行规模达到千万核心,并取得了一批高水平的应用成果。在6个入围国际高性能计算应用领域最高奖——“戈登·贝尔”奖的重大应用中,“千万核可扩展非静力大气动力学全隐式模拟”和“非线性大地震模拟”2个应用,分别获得2016、2017年度“戈登·贝尔”奖。

  在业内人士看来,银河、曙光、天河、神威等我国系列超级计算机,已经融入国家发展的方方面面。下一步,随着我国新一代百亿亿次超级计算机系统的研制工作顺利推进,未来将继续推动国家的科技创新、战略性新兴产业快速发展,推动大数据、人工智能、物联网快速发展,共同为解决人类发展面临的重大挑战发挥重要作用。(过国忠)

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