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E級超算“搶位戰”打響,超算之路道阻且長

2019年07月16日 作者:佚名 來源:新華網 瀏覽數:220

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在第二屆世界智能大會上展示的天河三號原型機。(圖片來源:東方IC)

在第二屆世界智能大會上展示的天河三號原型機。(圖片來源:東方IC)

超算在一個國家科技實力中占據重要地位。當前中國正處于產業結構升級的關鍵階段,作為科技創新核心競爭力之一,超算行業面臨著全面發展的戰略機遇,但挑戰也更為嚴峻。

一方面,受制于信息技術產業整體水平,我國商用超算系統的核心技術突破的面還不夠寬;另一方面,盡管我國在自主可控的超算系統研發方面取得長足的進步,但研發的一次性工程(NRE)費用較高,產業發展可持續性方面需做更多探索。而且,高性能計算的核心技術并非中國首創,我們是技術的跟隨者。

與國外廠商相比,國內科研機構、企業的研發往往是在若干單點技術上進行跟蹤和突破,很多重要應用需要采購國外昂貴的商業軟件。

現有國家項目的組織機制和管理方法以中短期的項目資助模式為主,強調單點應用或技術突破,缺乏全局生態環境的頂層設計和產業化持續造血能力,導致項目結束后,超算系統和應用的后續迭代投入和產業化推廣面臨困境。整體看,近10年來,國內超算生態環境建設堅持公共性服務平臺的屬性取得了豐碩成果,減少了由地方、行業或者企業自建超算中心而造成的資源重復投入的弊端,但應用軟件開發不足仍是最薄弱的環節。

目前,我國大型科學計算的應用軟件基本上依靠進口。一些國家重大行業企業研發了部分應用軟件系統,但多數停留于自研自用,缺少相應的產業化工作,商業推廣應用能力不足,較難被行業更多用戶認可。我國超算經費用于應用軟件開發的還不到10%,約為美國的1/6。補齊軟件短板的關鍵是人才,但目前能培養高性能計算軟件人才的大學很少。

另一個薄弱環節是企業應用。美國公司的超算系統規模是中國公司的10倍多。例如,汽車行業的通用、克萊斯勒等公司,每家都有10多個超算系統;英國石油公司(BP)也有世界上最大的工業用超級計算機。而在我國,使用高性能計算機較多的是百度、阿里巴巴、騰訊等網絡服務公司,在制造業的應用規模較小。只有通過企業的工業化設計,采用標準化組件和Scaledown技術,才能使小規模的高性能計算機具有很高的性價比,通過批量銷售覆蓋NRE成本,使國家科研投入獲得較高回報。因此,我國超算技術研發應該結合產業和用戶迫切需求進行布局,堅持技術創新與產業化結合,堅持設計與開發一流品質的產品,肩負起超算產業市場推廣和產業輻射的重任,讓超算更多造福于社會。

經過40年的創新發展,我國超算正在從以政府主導的機器研制帶動應用發展階段,進入以應用需求引領系統研制的階段。超級計算能力只有實際應用于科研與產業,切實推動科技創新,提升工程設計和科學認識水平,才能實現其核心價值。因此,我國超級計算能力的提升,亟需從基礎研究、技術突破、產品研發到應用推廣的協作有效運行。以應用為牽引、以解決實際需求為導向,應是我國超算進一步發展的基本出發點。

從這一目標出發,發展超算應注重以下問題:

一是國家在安排高性能計算重大科研工程任務時,應同時重視基礎性的研究,例如變革性系統結構和顛覆性器件研究,如新型存儲器件,超導、量子、光子器件等,以及幾種器件的跨界協同設計。降低功耗的技術突破應擺在最優先的位置。

二是要抓住新型超級計算機的戰略機遇,從“標準跟隨”轉變為“標準主導”,重視新型超級計算機系統的評估體系建設,重視基礎和主干的技術創新,從而有機會引領產業發展。

三是發展超級計算機一定要有國家戰略導向以及戰略中的挑戰問題導向。在研制之前,應用部門要把急需解決的挑戰問題以基準測試標準(Benchmarks)的方式明確提出來,以可考核的應用性能指標來評價正在研制的計算機,這也便于超算的后續應用和產業化推廣。

四是超算行業應努力構建一個涵蓋系統硬件、系統軟件、開發工具、應用軟件包括人才隊伍的生態環境。

目前我國在超算系統建造技術方面已居世界前列,但超算產業技術復雜、研制周期長、投資巨大、參與部門多、輻射面廣,需要多方協同建設先進的超算生態環境,并在體制機制方面加快創新探索。

五是國家超算中心建設應各具特色,各有側重。目前我國已經建設了深圳、天津、無錫、長沙、廣州和濟南6個國家超級計算中心,應鼓勵把現有的超算中心建設成為各具特色、聚焦于不同學科領域的合作交流平臺、人才培養平臺和應用開發平臺,形成科技創新帶動的產業化集群中心,更多地服務于區域產業結構升級。

此外,國家應該鼓勵高校和企業合作,積極拓展多種形式的學術界和產業界人才培養模式,加強國內外人才交流合作。

當下,超級計算技術已成為解決國家發展面臨的重大挑戰性問題和科技創新的必備工具,計算科學領域也正從傳統的計算模擬與數字仿真走向基于大數據相關性分析的科學發現和研究,而人工智能的突破正是建立在計算能力突飛猛進和深度學習算法日益成熟的基礎上。因此,高性能計算機尤其是智能超級計算機的研制成為科技創新競爭的制高點和大國博弈的重要領域。

美、日等國普遍預計2020~2021年,百億億次的E級超級計算機將登上歷史舞臺,并對此早有布局。我國的“天河”“神威”曙光以及聯想等公司也都在積極研發超算技術。但相比美國長期在系統研制、計算應用、超算服務等方面的領先優勢,要想在核心技術首創方面有所突破,我國還有很長的路要走。(來源:瞭望;作者:楊柳春 賈寶余)

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