●從建設超級計算機的角度來講，中國和日本、美國以及歐洲的水平其實不相上下，但在建設思路上，中國卻與其他國家截然不同。歐美國家一般是先考察超級計算機在各領域的需求，根據實際應用開始有針對性的研發和制造；而我國則將重點放在提升超級計算機的各項計算能力上，然后再考慮實際應用。

　　●資源不足和資源利用不充分的現象同時存在，資源的單位擁有和資源的共享使用之間矛盾突出，嚴重制約了中國國家網絡服務環境的可持續發展。

　　●我國超級計算機使用的領域還比較窄，許多領域的應用軟件是從美國購買的，這大大限制了我國超級計算機的發展。

　　一年一度的國際高性能計算大會日前在德國法蘭克福再度拉開帷幕。大會第一天公布的全球超級計算機500強榜單，來自中國無錫超算中心的神威太湖之光超級計算機力壓群雄，獲得了冠軍。這引起了社會的廣泛關注。對此，多位專家建議，應以此為契機，建立健全超算研發機制，扭轉我國超算產業應用不夠的局面，將“制好”優勢轉化為“用好”優勢，在解決國防與科學重大需求的同時，帶動產業創新與開放。

　　太湖之光實現國產

　　獨攬三項第一

　　據悉，“神威·太湖之光”是全球第一臺運行速度超過10億億次/秒的超級計算機，峰值性能高達12.5億億次/秒，持續性能達到9.3億億次/秒，接近“天河二號”的3倍。打個比方說，“神威·太湖之光”一分鐘的計算能力，相當于全球72億人同時用計算器不間斷計算32年。

　　神威太湖之光有40個運算機柜和8個網絡機柜組成。每個運算機柜比家用的雙門冰箱略大，打開柜門，4個由32塊運算插件組成的超節點分布其中。每個插件由4個運算節點板組成，一個運算節點板又含2塊“申威26010”高性能處理器，整臺“神威·太湖之光”共有40960塊處理器。

　　在本次榜單中，記者注意到中國軍團的崛起。從各國系統上榜的數量來看，中國系統數量首次超過美國，達到了167臺。而在上榜超算品牌方面，惠普以127臺超算高居榜首，緊隨其后的聯想為84臺，接下來是Cray的67臺和中科曙光的51臺，IBM以38臺設備排名第五。

　　需要指出的是，“神威·太湖之光”是首次完全用“中國芯”制造的中國最強大的超級計算機，此前“天河二號”使用的是英特爾至強處理器和Xeon Phi協處理器。2015年12月，“神威·太湖之光”在國家“863計劃”支持下，科技部、江蘇省、無錫市共同出資17.95億。如今，只有5厘米見方的薄塊“申威26010”，成了“神威·太湖之光”的心臟。

　　“長期受制于人的被動與屈辱，使我國下決心研發自主知識產權的‘神威’系列超級計算機。”有業內人士表示，他透露，2015年4月，美國政府宣布，把與超級計算機相關的4家中國機構列入限制出口名單，其目的是想限制中國超級計算機的發展。這直接導致采購英特爾處理器的“天河二號”未能如期完成攻關目標?！叭缃?，‘中國芯’‘申威26010’成了我國自主研發打破30年技術封鎖的一柄利器。”該業內人士感慨。

　　毫無疑問，在運算速度上，神威太湖之光讓天河二號也“屈居”第二；在性能和能耗的比值上，太湖之光也能在Green500的榜單上名列前茅。更讓世人眼前一亮的是，被稱作超算應用領域諾貝爾獎的“戈登貝爾”獎，從1987年建立以來，中國團隊從未入圍。今年，基于“神威·太湖之光”系統的三項全機應用已經入圍，占全部入圍數量一半。三項應用分別為中科院軟件所與清華大學、北師大合作的“全球大氣非靜力云分辨模擬”；國家海洋局海洋一所與清華大學合作的“高分辨率海浪數值模擬”；中科院網絡中心的“鈦合金微結構演化相場模擬”。

　　對此，賽迪智庫電子信息產業研究所副所長溫曉君博士在接受《經濟參考報》記者專訪時表示，我國高效能計算機系統在運算速度指標能力上全球領先，但在負載均衡、功耗優化等方面還存在明顯的技術短板。例如，功耗是國際公認的實現E級超級計算機的主要技術障礙，亟須在新型體系結構、新的電路實現、高能效處理器與加速器、光子通信與高能效互連、新型低功耗存儲器件、3D芯片等核心技術方面取得突破。美、日均正在全力展開研究，尋求克服這一障礙的技術手段，而我國在這方面的研究和技術積累不足。

　　算天算地算人

　　超算產業大有可為

　　如此“高大上”超級計算機，離普通人的生活有多遠？是不是永遠都是科研人員的專用“工具”？中科院深圳先進技術研究院副研究員陳榮亮在接受《經濟參考報》記者采訪時表示，超級計算機與百姓生活密切相關，其應用可以簡單通俗地概括為：算天、算地、算人。

　　其實，氣象數值預報一直是高性能計算機的重要應用領域之一，無論是短期天氣預報還是長期氣候預測，都離不開強大的超級計算機的支持。借助超級計算機預測氣候變化，可以減輕極端天氣給人類帶來的傷害。當前世界，極端氣象事件的影響日趨嚴重，超級計算機將提供有關發生可能性低、但破壞性大的氣象事件的預警，對氣候變化做出重要研究。同樣，對天氣情況的準確預報也需要具備迅速完成大量運算的能力。我國自行設計生產的銀河Ⅱ型大型機就曾經被使用于天氣預報領域。在2008年北京奧運會中，北京氣象局也采用了超級計算機來為北京及周邊地區提供精確到小時的天氣預報。

　　為便于污染物擴散，運用超級計算機測算建筑風道選址，更是讓空氣污染預報精確到每個小區。中科院深圳先進技術研究院正在國家超算無錫中心進行的一項課題，就是深圳市污染物擴散的模擬。“現在已經可以實現倒推排查，究竟是哪個排放點導致了某次大氣污染，未來將能夠實現每個小區、每個居民點空氣質量的準確預報?！标悩s亮說。

　　而在身體器官檢測等方面，未來要不要做手術也是電腦說了算。據悉，歐洲和日本等國的科研人員還開始將超級計算機應用到醫療領域，通過超級計算機來模擬血流、心臟，甚至任何人體器官的工作。英國醫學雜志《柳葉刀》認為，目前醫療研究已經進入分子層面，通過超級計算機的大量運算，可以有效地模擬人體器官對各類藥物的反應，這樣做能夠大大縮短新藥物的研發時間，讓各類新藥物盡快為患者服務；更為重要的是，這樣大大節省了新藥物的前期研發成本，可以使制藥公司以較為低廉的價格為患者提供更有效的藥物。

　　事實上， 超算技術早已融入人類生活的方方面面。以美國為例，高性能計算應用大致可分為幾類：一類是與國家安全密切相關的使命性應用，如美國能源部各國家實驗室所從事的核武器設計、試驗、改進和安全儲存的研究，需要超級計算機進行全物理、全系統、真三維的數值模擬；一類是解決能源、環境、健康等方面重大挑戰性問題的應用，例如聚變能源、全球氣候變化、新材料設計、新藥創制等；還有一類是以計算促進基礎科學研究和重大科學發現，例如在宇宙起源、腦功能、基因和蛋白質組學、計算物理、計算化學、計算材料等方面的應用。

　　近年來，基于人工智能的高性能計算應用呈拓展趨勢，大數據、金融計算、社會計算等都成為高性能計劃的新領域。IBM以沃森為核心提出了“認知計算”的概念，即由計算機模仿人腦的工作機制，對信息進行感知和分析處理的一種計算技術。未來，隨著開放生態體系的建立，認知計算將有望成為繼電子商務、智慧地球之后，被全球所接納和推進的又一概念和方向，并引發各大企業和各國家、地區的跟隨。

　　其實，超級計算機并非永遠都是科研人員的專用“工具”。隨著科技的日益進步，超級計算機的小型化已成可能。早在2012年，谷歌就在其舉辦的“內部搜索”發布會上公開表示，“響應一個谷歌搜索請求所需的運算量與整個‘阿波羅84計劃’的運算量（包括地面和空中）幾乎一樣多”。更重要的是，現代智能手機和平板電腦所具備的運算能力比以前要占據一整個房間的許多“巨型電腦”還要強大。預計到2019年，全球智能手機用戶數量將達到35億，這相當于智能手機的普及率將達到59%，超過2017年的50% ，相比于2013年的28%有了大幅增長。逐漸采用那些能讓人們處理復雜任務的高速運算設備是大勢所趨。最有可能出現的情況是，每個人使用的設備數量會大幅增加，這些設備不僅具有新功能，還能處理特殊任務。


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　　對此，溫曉君建議，發展便攜式超算，或“智能終端”，推進人工智能等新型計算技術正加速向移動終端產品普及遷移。一是推動以新型人機交互、智能情景感知與交互、大規模深度機器學習、增強現實等為代表的神經形態計算系統、智能決策系統、認知計算系統、虛擬智能助理、生物芯片等關鍵軟硬件產品的開發。二是建設支撐超大規模深度學習的新型計算集群，推進人工智能與大數據、云計算、物聯網的深度融合，打造開放的計算資源平臺。三是構建科學標準體系，制定智能終端技術產品標準體系，建立并完善人工智能相關規范。

　　國內制造優勢

　　與應用優勢不匹配

　　盡管我國的超級計算機在500強的榜單中獲得了斐然的成績，但這并不能代表我國超級計算機的應用水平。目前，國外建造的超級計算機多數都被直接用于實際中，而我國的超級計算機應用和國外相比仍有不小的差距。

　　目前，超級計算機在國外有著廣泛的應用，歐美日等國家在天氣預報、飛機設計、醫療、軍事等領域已大量使用超級計算機，而隨著近年來超級計算機應用軟件的發展，國外在環保監測、地質勘探、電影特效制作等領域，也開始大規模應用超級計算機。

　　例如，法國石油巨頭道達爾從2013年開始就啟用超級計算機Pangea進行石油資源勘探。借助Pangea強大的運算能力，道達爾可以更加精確地判斷石油蘊藏的規模及開采幾率；美國的波音、洛克希德-馬丁等航空制造企業，近年來也開始大量使用超級計算機進行包括發動機、飛機等的輔助設計。與此同時，美國好萊塢眾多電影制作公司也開始嘗試使用超級計算機進行電影的后期特效處理，《阿凡達》、《機械公敵》、《2012》等影片的強大特效就利用到了各種類型的超級計算機。

　　“從建設超級計算機的角度來講，中國和日本、美國以及歐洲的水平其實不相上下，但在建設思路上，中國卻與其他國家截然不同。歐美國家一般是先考察超級計算機在各領域的需求，根據實際應用開始有針對性的研發和制造；而我國則將重點放在提升超級計算機的各項計算能力上，然后再考慮實際應用。”業內人士直言。

　　例如，2010年，“天河一號”國家超級計算中心落戶長沙，成為繼天津和深圳之后，國家科技部正式批準建立的第三家國家超級計算中心。但是，長沙超算“起了個大早，卻趕了個晚集”，長時間都沒有投入運營。

　　據介紹，長沙超算自2010年11月開始籌建，2013年7月主體工程竣工，同年9月，“天河一號”主機設備安裝到位。然而，遷至新址后，設備一直封存，并沒有正式運營。直到2014年6月才進行加電測試，啟動試車?！坝型馐⊥姓勑?，說湖南的超算建設是中國超算建設的‘爛尾工程’?！焙鲜≌f常委、湖南大學國家超算長沙中心教授白樹仁談到長沙超算項目這樣說。

　　對此，溫曉君認為，我國高性能計算資源部署可持續發展有待進一步完善。高性能計算資源建設缺乏規劃，或與國家科研計劃綁定，或完全依賴于所在單位。資源不足和資源利用不充分的現象同時存在，資源的單位擁有和資源的共享使用之間矛盾突出，嚴重制約了中國國家網絡服務環境的可持續發展?！叭狈Ψ€定的運行經費，這是困擾我國高性能計算中心的普遍問題。各個計算中心需要多渠道籌措運行經費，這些亟須建立可持續發展的運行機制。”溫曉君說。

　　建立健全機制

　　消除超算應用瓶頸

　　近些年來應用已經開始被業界所重視，要想實現更多的提升、真正從“超算大國”發展為“超算強國”，解決“重技術、輕應用，重硬件、輕軟件”的問題，還需要科研機構、商業公司、高校等社會各界的不懈努力。

　　當記者問目前都有哪些因素制約我國超算產業發展時，陳榮亮坦言，主要還是體制機制不健全，導致前期大家主要關注硬件的制造，后期的軟件研發工作跟不上。而盜版軟件的使用必然影響超算行業應用?！澳撤N程度上來說，超級計算機系統的應用比計算機本身更重要。因為沒有軟件，計算機就是個空殼。”陳榮亮直言。他透露，目前雖然國家后續逐步加大軟件的研發，但短期學習這方面的人才還比較匱乏。

　　863重點專項專家組組長錢德沛教授認為，超級計算機的發展根本動力來自于需求，超級計算機的目的應該是造福人類。在這一基本認知下，中國發展超算應該從需求出發，解決最迫切的應用問題。“不用過于在乎超算的全球排名，我們要有爭第一的意識，但是不要太在意，還是要從應用出發?！彼M一步強調。

　　對于應用落后的問題，錢德沛指出，這主要有三個原因：第一、中國開展超算業務的時間還很短；第二，高性能計算人才缺乏；第三，中國軟件發展體制存在問題，由于盜版等因素沒人愿意進行大型應用開發。

　　由于我國超級計算機在應用領域和國外發達國家仍有差距，導致我國的超級計算機應用軟件大部分需要從國外進口，這就意味著我國的超級計算機還尚未做到獨立自主。“銀河一號”主機系統負責人、“銀河仿真機”和“銀河二號”總負責人兼總設計師、中科院院士周興銘坦言，我國超級計算機使用的領域還比較窄，許多領域的應用軟件是從美國購買的，這大大限制了我國超級計算機的發展。

　　事實上，作為我國科研發展的一個“通病”，對科技人員的激勵機制死板，同樣在超算應用開發環節存在?！皩τ谥饕咳瞬刨Y源的軟件開發領域，你不能效仿硬件研發人員的方式來管理和激勵。比如，在科研經費的使用流程方面，國家對科研器材花銷方面和科研人員補助薪金等方面都要求的過死。嚴重影響科研人員的積極性?！?/p>

　　對此，溫曉君建議從以下幾個方面完善，一是大力支持前沿計算和高性能計算機的立項研制。制定我國高效能計算機及應用領域10年到20年的長期發展規劃。與《國家集成電路發展綱要》相結合，加大超級計算機、高性能CPU和相關軟硬件的研發和產業化政策扶持力度。

　　二是以解決重大問題為目標，加強對高性能計算應用軟件研發的支持力度。在超級計算機研發過程中要同步開展應用軟件的開發，更要在機器使用的全生命周期內持續開發應用軟件，逐步改變我國大型并行應用軟件要依賴國外的被動局面。

　　三是堅持高效能計算機、高性能計算服務環境和高性能計算應用全面均衡發展的戰略。高性能計算機是計算服務環境的基礎資源，服務環境是拓展應用的基本條件，而應用的發展會促進機器和環境的進步和發展。三者之間是相互依賴、相互促進的關系。從應用出發研制高效能計算機是必須遵循的原則，既要重視應用的牽引作用，又要發揮技術進步對于應用的推動作用。

　　四是搞好產業生態培育。產業生態培育在前沿計算和高性能計算領域同樣適用。西方國家的超級計算機普遍采取國家預算維護、用戶免費租借（對工業用戶收取一定費用）的方式，以此培養用戶，構建集硬件系統、應用軟件開發、用戶應用場景為一體的產業生態環境。