中國超級計算機：跑得比全世界都快，還是掩不住應用尷尬

昨日，一台有着武俠味兒名字的超級計算機刷了各大平台的屏。但它背後的急速發展的超級計算機市場，並不像武俠小説中的江湖那麼簡單。
據新華社報道，6 月 20 日德國法蘭克福國際超級計算機大會 （ISC）公佈了新一期世界計算機 500 強榜單，我國最新的超級計算機“神威·太湖之光”登頂。最受關注的是，“神威·太湖之光”實現了核心處理器的全國產化。

“神威·太湖之光”超級計算機由國家並行計算機工程技術研究中心研製，安裝在國家超級計算無錫中心。


運算神速

“神威·太湖之光”擊敗的是霸佔榜首 3 年的“天河 2 號”。“神威·太湖之光”運算速度達到 93 petaflop（每秒運算一千萬億次），理論最高速達 125.4 petaflops。這一數值約為“天河 2 號”的兩倍。

區別於“天河 2 號”採用的英特爾 Xeon E5-2692v2 12 核處理器，“神威·太湖之光”首次採用國產核心處理器“申威 26010”。


新華社記者稱，“申威 26010” 大小約 25 平方釐米，集成了 260 個運算核心，內置數十億晶體管。每塊“申威 26010”運算能力為每秒３萬多億次，約等於 20 台家用計算機。
然後可以做一題簡單的乘法題：

• “神威·太湖之光”由 40 個運算機櫃和 8 個網絡機櫃組成
• 每個櫃門內有 4 塊超節點
• 每塊超節點由 32 塊運算插件組成
• 每個插件由 4 個運算節點板組成
• 每個運算節點板又含 2 塊“申威 26010”處理器
• 整台“神威·太湖之光”共有 40960 塊“申威 26010”處理器

疊加之下，“神威·太湖之光”一分鐘的計算能力相當於全球 72 億人口用計算器不間斷計算 32 年。

數量增速神速

榜單前十名除了“神威·太湖之光”與“天河二號”外，分別為美國的“泰坦”與“紅杉”、日本的“京”、美國的“米拉”和“三一”、瑞士的“代恩特峰”、德國的“花尾榛雞”和沙特阿拉伯的“沙欣ＩＩ”。


在上榜計算機數量上，中國以 167 台超越美國 165 台成為上榜最多的國家，而這 167 台計算機全部是近 15 年研發的——2001 年前這一數字為 0 。


“沒有國家能有這速度。“排行榜主要編撰者兼美國田納西大學計算機學教授 Jack Dongarra 接受《華爾街日報》採訪説：“中國超級計算機不斷增多已成為一個趨勢。”

運算速度快，數量增加速度也快，除了在高中歷史課本和新聞上感受到它的“快”之外，我們真的能用到這種“快”嗎？

建構方式決定應用

雖然同為超級計算機，但中國和國外的建造目的存在區別。
目前我國的超級計算機主要有銀河、天河、曙光、神威四個系列，除了軍用的“銀河 V”和“神威 Ⅱ”（在研）之外，主要應用方式都是租用。租用對象主要是高校、科研院所、商業企業等。


而美國超級計算機的建設方一般都是使用方。在榜單上排名第三、也是美國最快的 Titan 建設方是美國能源部，主要應用於美國能源部內部的核試驗模擬。

定位不同，建設方式自然就不同。國外超級計算機建設方一般是先有計算量需求，根據所需計算量設計系統，根據需求設計超級計算機的架構方式。中國是先進行建設，盡力提高建能，嘗試滿足更高的計算需求。

因此，“泰坦”與“紅杉”等國外超級計算機用途較為單一，基本只能適配某一方向的應用，但針對性、專業性更強。而國內超級計算機則更為開放，可以匹配不同使用者的需求。

問題是，如果沒法用起來，再高的計算能力只是一個讓人迷醉的數字，意義在哪？

從人體血流模擬到氣候預報

超級計算機的應用領域其實非常廣闊，代碼破解和核武器發展（核爆炸模擬）等都需要高速處理大量複雜計算。


民用用途上，超級計算機可以用在氣候預報，石油勘探、藥物開發和汽車設計等方面。在醫學領域，對人體血流進行模擬與分析，可以及時有效地判定一個病人是否會發生腦梗塞的風險，超級計算機的運算能力可以提供快速的預判。

另外，我國龐大的人口對網絡公共設施造成的沉重負擔也可能得到解決。

問題是從銀河系列到天河系列再到神威系列，我國超算數量快速增長的這 10 年來，除了一間間看起來神祕的房間，超級計算機具體應用在哪裏呢？

應用缺位＋高耗能

去年 6 月《南方日報》就報道過“天河 2 號”所在的廣州超算中心的“業務荒”。

自 2014 年落户廣州以來，廣州超算中心已成為廣東最大的科技基礎設施，但高昂的能耗費用，宣傳推廣不力，國際交流與合作不足，嫁接國家重大領域的科研項目較少，應用軟件開發的週期過長，人才梯隊與技術支撐尚未形成系統。

去年 6 月，廣州超算中心主任袁學鋒透露，廣州超算中心利用率為 60%。用户佔比上，83% 是政府機關、高校、科研院所，企業用户只有 17%。

中科院計算機網絡信息中心研究員張鑑表示，我國利用超算系統解決問題的能力長期不足，相關商業應用軟件仍為國外壟斷。

除了資源閒置外，超級計算機的高耗能問題無可迴避。

“天河二號”年耗電量達到 2 億度，每天耗費電費 10 萬元。另外，為了應對機櫃因為高負荷產生的高温，廣州超級計算機中心專門為“天河二號”建設了冷水廠，不間斷運送 8 攝氏度的水進入超算中心的“水冷”系統。

小結

在 2014 年接受南方網採訪時，中科院超算中心主任遲學斌坦言：“脱離開發利用，超算就是一堆破銅爛鐵。光有高性能機器，沒有人才做高水平的服務，那效果是一樣的，機器過 5 年就過時了。”

以我國近十年的超算數量增速來看，5 年已經足夠完成一個系列研發。然而專業性的缺失，應用的缺位，並不能靠一個個“聽起來爽”的超算佔有量和運算速度數字去填補。

當然佔有量和運算速度是一個技術指標，但我們還在追逐這些“內功”、獲得各個第一的“聲望”之餘，應用軟件開發的“招式”正在被急速搶佔着。

題圖自：fakt

插圖自：華爾街日報、維基百科、新華網


資料來源：愛範兒（ifanr）