“神威·太湖之光”问鼎世界超算冠军

▲2016年6月20日，“神威·太湖之光”取代“天河二号”成为全球最快超算（新华社李响摄）

想象一下，滴答一声，就能计算十亿亿次，这是多快的运算速度？

如果把200多万台2016年生产的普通电脑加起来，只能跟它打个平手。它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。

这个快到令人咋舌的超级计算高手就是我国自主研制的“神威·太湖之光”计算机系统。6月20日，在德国法兰克福举行的国际超算大会上发布了全球超级计算机TOP500榜单，“神威·太湖之光”以近三倍于第二名的运算速度摘得桂冠。更令人振奋的是，它实现了包括处理器在内的全部核心部件的国产化。

开机一分钟，地球人算32年

系统的峰值性能125.436PFlops，世界第一。

持续性能93.015PFlops，世界第一。

性能功耗比6051MFlops／W，还是世界第一。

国际超算大会上传来的消息光看数据让人不明就里。

“简单来说，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。

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

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

核心部件破封锁，冠军货真价实

我国已经步入信息时代数十年，但是从个人电脑到超级计算机，中国科研人员都有一种说不出的痛——CPU基本依赖进口。

2015年4月，美国政府宣布，把与超级计算机相关的4家中国机构列入限制出口名单，目的是想限制中国超级计算机的发展。这直接导致采购因特尔处理器的“天河二号”未能如期完成攻关目标。

长期受制于人的被动与屈辱，使我国下决心研发自主知识产权的“神威”系列超级计算机。

2015年12月，“神威·太湖之光”在国家“863计划”的重点支持下，由科技部、江苏省和无锡市共同出资17.95亿元，在国家并行计算机工程技术研究中心研制成功。

“在5厘米方寸之间，集成了260个运算核心，数十亿晶体管，达到了每秒3万多亿次计算能力，相当于3台2000年全球排名第一的超级计算机。”国家并行计算机工程技术研究中心副主任梁军介绍，“神威·太湖之光”的核心处理器“申威26010”在国家“核高基”重大专项支持下，由国家高性能集成电路设计中心研制，具备片上融合的异构众核体系结构，以及具有自主知识产权的指令集和完整的配套软件生态系统。

采用这块强大“中国芯”的“神威·太湖之光”不仅一举突破封锁，而且峰值性能、持续性能、性能功耗比三项关键指标均居世界第一，这也是全球第一台运行速度超过10亿亿次/秒的超级计算机。

一台超级计算机的能耗几乎与一个小型城镇相当，因此能耗控制也至关重要。

步入“神威·太湖之光”所在的机房，除了空调声，没有其他任何噪音，让人难以相信这里是世界最快超级计算机的安居之地。“系统能效比高达每瓦特60.5亿次，比‘天河二号’节能60%以上。”梁军介绍，这得益于低功耗、高集成度的处理器设计，独创的高效水冷技术和高密度的组装工艺，软硬件协同、智能化的功耗控制方法，实现了层次化、全方位的绿色节能。

离世界之巅仍有差距

超级计算机被称为“国之利器”，是国家科技综合实力的体现，从高端材料到生命科学和生物技术，再到深海探测、空间技术各领域，都离不开超算的支撑。这次好消息一出，有人认为中国超算从此“稳稳地”屹立世界之巅了。真的是这样吗？

杨广文表示，不可否认，“神威·太湖之光”的成功标志着我国超级计算机研制能力已位居世界领先水平，但在技术储备、系统稳定性方面与发达国家仍有明显差距。

速度是超算领域最直接的对决。与“天河二号”荣获“六连冠”的辉煌相比，此次登顶的“神威·太湖之光”要想长期占据世界第一变得异常艰难。去年7月，美国启动“国家战略计算计划”，目标是到2025年建造世界上运算最快的计算机。

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超级计算机到底有啥用

算天：风中哪朵雨做的云？

气象台的天气预报准确度一直在提升，这背后其实都是超级计算机的功劳。

北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院教授王兰宁介绍：“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。”

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”上实现了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。

算地：既能找飞机，也能抓偷排

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级计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。

算人：医疗应用前景广

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。

中科院深圳先进技术研究院副研究员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。“过去，对一个可能发生脑梗塞的病人，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。如今，经过模拟计算，血流储备分数如果小于0.8，就要做手术。”陈荣亮说。

▲“神威·太湖之光”使用的是中国自主知识产权的芯片（新华社李响摄）

“未来五到十年，从每秒十亿亿次到每秒百亿亿次是超算发展的决胜之地。”国家并行计算机工程技术研究中心的相关科研人员表示，虽然超算大国都在进行部署，但其中需要解决的技术关键环节非常多，更为关键的是，无论速度有多快，发展超算始终是为了“致用”，而这仍然是当前我国超算发展的短板。

中科院计算机网络信息中心研究员张鉴表示，我国利用超算系统解决问题的能力长期不足，相关商业应用软件仍为国外垄断，在软件研制、应用开发和人才培养方面还有待进一步提高。将“制好”优势转化为“用好”优势，才能真正实现对产业创新与升级的带动。（本刊综合）※