超算： 比你想的更接地气

2019年4月，一张类似燃烧中蜂窝煤的照片传遍全世界——这是人类历史上首次得见“黑洞”的真容。

实际上，关于黑洞的照片早在2017年4月历经十余天已拍摄完毕，此后，便是将来自全球8架射电望远镜收集到的数据进行密集运算，其容量达到每晚2PB（1PB=1000TB=1 000 000GB）。

时针再往前，1997年和2016年发生过两次令人印象深刻的“人机大战”，由IBM开发的“深蓝”和由Google开发的AlphGo最终分别战胜人类大脑，获得象棋、围棋比赛的胜利。

执行这些庞大计算的主角有同一个名字——超算。

所谓“超算”，即超级计算机，是指由数千甚至更多处理器组成、能计算普通计算机和服务器不能完成的大型复杂课题的计算机。普通人可能觉得超算很遥远，其实不然，它已经在我们经济社会生活的很多领域扮演着重要角色，它不仅能算天算地算人，还能算“命”算成本。

算天：

预报天气更精准

所谓“一只蝴蝶扇动翅膀，可能引发万里之外的一场龙卷风。”气象学的要素千变万化，涉及气象学、热力学、流体力学等极其复杂的方程组，而数据则是来自天上若干卫星、地上无数雷达、观测站的实时监测，不断更新。海量数据，对计算的速度和精度要求特别高。

你或许注意到，近些年来的天气预报越来越准，可以精确到几点下雨，在哪些“局部地区”会有暴雨大风等。在气象学上，这叫做高分辨率的精细化预报。能做到这一点，超算功不可没。2011年我国“天河一号”超级计算机把气象观测精度提高到10万公里，“神威蓝光”超级计算机实现了1万公里级别的精度，而“神威·太湖之光”已经能把精度缩到几公里的范围。

以广州天气预报为例，从2017年开始，广州的气象预报系统开始由“天河二号”运行。以前，华南地区的天气预报以3公里×3公里作为一个网格，现在1公里×1公里是一个网格，计算量提高了27倍。每12分钟，“天河二号”就能给出每平方公里内6小时的天气预报。哪怕只隔一座桥，也能准确预报“东边日出西边雨”。

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，担当这一重任的即是超算。“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算来解决。

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。

算人：

人体模拟预判风险

模拟血流、模拟心脏、模拟人体任何一个部分，有了超算，这些都不再是梦想。

之前，美国科学家利用世界前十的超算，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。

中科院深圳先进技术研究院副研究员陈荣亮曾利用“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，这种方式既危险又痛苦。如今，经过模拟计算，只要血流储备分数小于0.8，就要做手术。”陈荣亮说。

算“命”：

勾勒个性挖掘需求

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。超算，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”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，超算都有机会抢生意。

算成本：

电影制作省时降成本

超算在影视剧作中将起到什么作用？动画电影制作阶段的最后一道工序叫作渲染，是使图像变成符合设计的3D场景的阶段，也可以说是让动画从静态图像变成人们看到的动画的过程。这个过程因为涉及各种场景元素的变化，过程极其复杂，每一帧图片的渲染耗时，根据模型复杂程度不同，差异很大，模型越复杂，渲染时间越长，因此动画电影的制作更需要强大的计算处理能力才能实现。

“以往动画电影中的小河，只不过是一条蓝色的带子，”清华大学副教授黄震春介绍，为了把它呈现得更加逼真，动画和电影制作企业都是用“农场”的方式把画面一帧一帧地精细化处理。所谓农场，就是无数台电脑，由专业人员分工在每台机器上一点点调整。一秒钟播放24帧画面，每一帧画面在后期制作过程中都需要渲染，需要24台机器同时给这张图片进行渲染，费时费力，效率低下。

依托超算，就可以同时给成千上万帧图片进行渲染。以前一部动漫电影的后期渲染需要一年，现在可能只需要一个月就可以完成，可谓省时省成本。在超算的加持下，动画画质也可以更加精细，比如加入风、光线反射等更多元素。讓以往银幕上一条会流淌的“蓝带子”，变成泛着水花推着小船一路向前的清澈小河。（本刊综合）※