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“融合應(yīng)該是一個(gè)趨勢(shì)。我們不光看到傳統(tǒng)的高性能計(jì)算與AI的融合，還看到計(jì)算架構(gòu)的融合，也看到高性能計(jì)算也會(huì)以云計(jì)算的方式來(lái)提供服務(wù)。”日前，在2019聯(lián)想全球超算峰會(huì)上，中科院計(jì)算所所長(zhǎng)孫凝暉說(shuō)。

在這次峰會(huì)上，聯(lián)想發(fā)布了“深騰X9000融合計(jì)算平臺(tái)”，以高性能計(jì)算集群(HPC)為核心，平臺(tái)能夠在一個(gè)集群中同時(shí)運(yùn)行高性能計(jì)算與人工智能開發(fā)作業(yè)，提供統(tǒng)一的資源調(diào)度功能。這是聯(lián)想瞄準(zhǔn)了高性能計(jì)算的市場(chǎng)“蛋糕”，準(zhǔn)備以“融合”的方式來(lái)破局。

近年來(lái)，中國(guó)超算迅速發(fā)展。但如何讓超算更好地為產(chǎn)業(yè)、生活服務(wù)一直是業(yè)內(nèi)探討的焦點(diǎn)。

“早幾年我們一直在說(shuō)，國(guó)產(chǎn)超算，在硬件系統(tǒng)方面走得比較快，但在應(yīng)用方面跟美國(guó)、歐洲、日本等，還有比較大的差距。”第34屆國(guó)際超級(jí)計(jì)算大會(huì)主席、中國(guó)國(guó)家超級(jí)計(jì)算廣州中心主任盧宇彤曾說(shuō)，以前超算是以系統(tǒng)為中心，關(guān)注優(yōu)化程序，追求更高性能，但是到了超算中心以后，開始向以應(yīng)用為中心轉(zhuǎn)變，讓更多的行業(yè)領(lǐng)域能夠更方便的使用超算。在人工智能、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等技術(shù)快速發(fā)展的環(huán)境下，超算與之也有了更深切的結(jié)合點(diǎn)。

E級(jí)超算制高點(diǎn)“爭(zhēng)奪戰(zhàn)”

毫無(wú)疑問(wèn)，超級(jí)計(jì)算機(jī)正成為高性能計(jì)算式科技進(jìn)步與科學(xué)突破的“發(fā)動(dòng)機(jī)”。在最新的基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域——諸如大氣變化模擬、核聚變研究、生命科學(xué)、天體物理的研究中，超級(jí)計(jì)算機(jī)都在扮演越來(lái)越重要的角色。

10年前，我國(guó)首臺(tái)千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河一號(hào)”一期系統(tǒng)研制成功，自此成為繼美國(guó)之后第二個(gè)能夠研制千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)的國(guó)家，并于次年摘取世界運(yùn)算速度最快的超算桂冠。

而如今，新一代百億億次超算也就是E級(jí)超算，成為各國(guó)在超算領(lǐng)域追逐的新目標(biāo)。E級(jí)超算是指每秒可進(jìn)行百億億次數(shù)學(xué)運(yùn)算的超級(jí)計(jì)算機(jī)，被全世界公認(rèn)為“超級(jí)計(jì)算機(jī)界的下一頂皇冠”。

E級(jí)計(jì)算到底有多快?“天河一號(hào)”的峰值運(yùn)算速度為每秒4700萬(wàn)億次，它運(yùn)算1小時(shí)，相當(dāng)于全國(guó)13億人同時(shí)計(jì)算340年以上。E級(jí)超算的計(jì)算速度是“天河一號(hào)”的200倍，它運(yùn)算1小時(shí)，相當(dāng)于全國(guó)13億人民同時(shí)計(jì)算7萬(wàn)年以上。

中國(guó)高性能計(jì)算重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)總體組組長(zhǎng)、中山大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院院長(zhǎng)錢德沛介紹，在E級(jí)超算上，各國(guó)都不愿放棄“制高點(diǎn)”。迄今為止，美國(guó)能源部已投入18億美元建造三臺(tái)E級(jí)超算，第一臺(tái)A21將在2021年上半年上市;日本E級(jí)超算Fugaku的新一代ARM處理器已經(jīng)完成，擴(kuò)展了512位，內(nèi)存采用了HBM(高帶寬存儲(chǔ)器)處理，“整個(gè)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)內(nèi)存非常高”，計(jì)劃于明年推出試用;歐盟也不甘落后，將在2023年左右建立歐洲的E級(jí)計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施。

我國(guó)在E級(jí)超算領(lǐng)域也有布局。中國(guó)石油東方地球物理公司研究院數(shù)據(jù)處理中心總工程師賴能和拿油氣勘探舉例，“如果沒(méi)有高性能計(jì)算機(jī)的話，物探很多算法是實(shí)現(xiàn)不了的，也談不上高精度勘探、高精度成像。”他說(shuō)，做油氣勘探實(shí)際上就是給地球的近地表做CT(電子計(jì)算機(jī)斷層掃描)，從采集開始就會(huì)產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，對(duì)計(jì)算機(jī)的處理、存儲(chǔ)都有很大的挑戰(zhàn)。而現(xiàn)在，生產(chǎn)的實(shí)際需要對(duì)超算的高性能并行架構(gòu)、算法等多方面都提出了更高的要求。

“發(fā)展到融合計(jì)算是一個(gè)自然的進(jìn)程”

“未來(lái)十年是體系結(jié)構(gòu)發(fā)展黃金時(shí)期”的觀點(diǎn)得到了業(yè)內(nèi)越來(lái)越多的認(rèn)可，中國(guó)工程院院士李國(guó)杰認(rèn)為，目前超算正面臨“70年未有之大變局”。在能效增長(zhǎng)遠(yuǎn)低于速度增長(zhǎng)，尤其在業(yè)界普遍認(rèn)為摩爾定律正日漸失效的背景下，可能出現(xiàn)一個(gè)全新計(jì)算機(jī)架構(gòu)的“寒武紀(jì)”大爆發(fā)。

聯(lián)想集團(tuán)高級(jí)副總裁、數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)集團(tuán)中國(guó)區(qū)總裁童夫堯認(rèn)為，高性能計(jì)算為人工智能、大數(shù)據(jù)的崛起提供了計(jì)算引擎，而人工智能、大數(shù)據(jù)又帶動(dòng)高性能計(jì)算呈現(xiàn)新的發(fā)展形態(tài)。“可以看出，在各個(gè)層次上的協(xié)同設(shè)計(jì)會(huì)成為高性能計(jì)算發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)。”李國(guó)杰也認(rèn)為，在人工智能飛速發(fā)展的當(dāng)下，面向智能應(yīng)用的超級(jí)計(jì)算機(jī)是未來(lái)二十年需要高度重視的研究方向。

一個(gè)成功的案例是“初至波自動(dòng)拾取”。地震發(fā)生后，地震觀測(cè)點(diǎn)最先接收到的波稱初至波。賴能和介紹，為了勘探石油，他們必須要進(jìn)行初至波的拾取工作，過(guò)去完成一次初至波的拾取會(huì)產(chǎn)生30T的數(shù)據(jù)，“30T的數(shù)據(jù)得30個(gè)人連續(xù)干60多天，這其中全是重復(fù)勞動(dòng)。”他說(shuō)，有了“AI+HPC”后，用機(jī)器拾取每一秒鐘可以拾取一千個(gè)點(diǎn)，效率大大提升。

“計(jì)算發(fā)展到‘融合計(jì)算’是一個(gè)自然的進(jìn)程。”聯(lián)想集團(tuán)首席科學(xué)家、北京航空航天大學(xué)教授祝明發(fā)說(shuō)，計(jì)算機(jī)性能提升的速度永遠(yuǎn)不及需求的增加，加快提升計(jì)算力，推動(dòng)計(jì)算力共享，并“賦能”科研院所、行業(yè)、企業(yè)是當(dāng)務(wù)之急，與技術(shù)、行業(yè)、生態(tài)的融合發(fā)展才能更好地發(fā)展科技。

“自主可控不是一個(gè)可選項(xiàng)”

從1978年，我國(guó)啟動(dòng)巨型計(jì)算機(jī)研制工程至今，中國(guó)超算已經(jīng)走過(guò)了40余年，期間破解了多個(gè)“卡脖子”環(huán)節(jié)，硬生生闖出一條“新路”，走到了國(guó)際前列。但從全球范圍看，尤其是和美國(guó)相比，我們?nèi)杂胁簧俨罹唷?/p>

這樣的差距存在超算的各個(gè)部分，包括高性能處理器和加速器，特別是3D的內(nèi)存、新型的存儲(chǔ)器件、光交換和光傳輸?shù)?。前不久，中科曙光、江南?jì)算技術(shù)研究所等E級(jí)超算原型機(jī)的研制方被美國(guó)商務(wù)部列入“實(shí)體清單”，許多瓶頸技術(shù)再無(wú)法從國(guó)際上尋求突破。

“在這樣一個(gè)國(guó)際環(huán)境下，我們現(xiàn)在發(fā)展肯定要有一個(gè)底線思維，自主可控可能不是一個(gè)可選項(xiàng)，而是唯一的出路。”錢德沛說(shuō)，在外部限制甚至封鎖的條件下，如何繼續(xù)發(fā)展中國(guó)超算，是我們面臨的重大問(wèn)題，雖然自主可控和開放合作并不矛盾，但只有自身強(qiáng)，有自己可以控制的技術(shù)才有可能廣泛地開展合作。

錢德沛建議，除了重視體系結(jié)構(gòu)的研究，下一步，我們應(yīng)特別重視構(gòu)建高性能計(jì)算的生態(tài)環(huán)境。“現(xiàn)在只能依靠我們自己的處理器來(lái)研制系統(tǒng)，從操作系統(tǒng)語(yǔ)言、編譯開始到應(yīng)用軟件的開發(fā)等，要盡快地通過(guò)技術(shù)輻射形成國(guó)產(chǎn)服務(wù)器的序列。如果構(gòu)建不起我們的生態(tài)環(huán)境，我們的技術(shù)就沒(méi)有用。”

目前，我國(guó)大型科學(xué)計(jì)算的應(yīng)用軟件基本上依靠進(jìn)口。一些國(guó)家重大行業(yè)企業(yè)研發(fā)了部分應(yīng)用軟件系統(tǒng)，但多數(shù)停留于自研自用，缺少相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)化工作，商業(yè)推廣應(yīng)用能力不足。李國(guó)杰說(shuō)，我國(guó)超算經(jīng)費(fèi)用于應(yīng)用軟件開發(fā)的還不到10%，約為美國(guó)的1/6。補(bǔ)齊軟件短板的關(guān)鍵是人才，但目前能培養(yǎng)高性能計(jì)算軟件人才的大學(xué)很少，需要加強(qiáng)。

另外，“軟件開發(fā)要走開源的道路”，錢德沛說(shuō)，軟件如果封閉在自家單位里那很難成熟。同時(shí)，還要重視超算和新技術(shù)的融合。他認(rèn)為，未來(lái)各種智能的加速部件都會(huì)以數(shù)據(jù)為中心構(gòu)建，因此，AI、大數(shù)據(jù)等應(yīng)用將對(duì)超算的體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。

中國(guó)青年報(bào)·中國(guó)青年網(wǎng)記者 張均斌 來(lái)源：中國(guó)青年報(bào)

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