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   今天，造價(jià)2億元、每秒峰值運(yùn)算速度超過200萬億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)“魔方”，開始在上海高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　這臺(tái)運(yùn)算速度世界第十、亞洲第一的超級(jí)計(jì)算機(jī)，經(jīng)過整整一個(gè)月的軟硬件安裝、上電調(diào)試，終于在張江高科技園區(qū)投入運(yùn)行，迎來第一批高性能計(jì)算業(yè)務(wù)。

　　由此，中國正式邁入了每秒運(yùn)算速度超百萬億次的計(jì)算機(jī)時(shí)代，一個(gè)全新的時(shí)代。

　　新排名：全球第十快

　　亞洲“運(yùn)算最快”的計(jì)算機(jī)長什么樣？

　　日前，記者來到上海超級(jí)計(jì)算中心，在中心三期工程的主機(jī)房內(nèi)，見到的“魔方”，外表就像幾十個(gè)黑色電話亭排列在一起。每個(gè)“電話亭”其實(shí)就是一個(gè)機(jī)柜。其中42個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)機(jī)柜，每個(gè)都集成了200顆四核CPU，每個(gè)都相當(dāng)于800臺(tái)普通家用電腦的運(yùn)算能力。還有15個(gè)存儲(chǔ)機(jī)柜，使全機(jī)總存儲(chǔ)容量達(dá)到 500TB(千萬億字節(jié))，相當(dāng)于整整50萬個(gè)1G的U盤。此外，還有10個(gè)網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜用于機(jī)柜通信。連通這數(shù)十個(gè)大機(jī)柜需要的網(wǎng)線長約30公里，差不多可以從市中心人民廣場鋪到浦東國際機(jī)場。

　　上海超級(jí)計(jì)算中心副主任袁俊介紹，超級(jí)計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)原理并不復(fù)雜，就是讓數(shù)千臺(tái)乃至上萬臺(tái)計(jì)算機(jī)協(xié)作，變成一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，術(shù)語叫并行計(jì)算?！澳Х健辈捎玫氖堑镀瑱C(jī)群體系架構(gòu)，每個(gè)刀片就是一個(gè)服務(wù)器，能協(xié)同工作?！澳Х健边\(yùn)行起來的峰值速度，每秒超過200萬億次。

　　在“魔方”機(jī)房的隔壁就是它的前任：每秒運(yùn)算10萬億次的“曙光4000A”機(jī)群。如今“魔方”的2個(gè)機(jī)柜就抵得上前一代機(jī)組的全部“腦力”，當(dāng)然運(yùn)算成本也更高———盡管采用了低功耗的處理器和內(nèi)存、先進(jìn)的水冷散熱系統(tǒng)，但僅調(diào)試期間，“魔方”的每日電費(fèi)就高達(dá)3萬元。

　　“魔方”所采用的“曙光5000A”機(jī)型去年取得了“全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)”的第十名，2004年時(shí)“曙光4000A”獲得過相同的世界排名，但現(xiàn)在 “曙光4000A”已掉出排行榜。同在上海超算中心，于2000年引進(jìn)的第一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)、每秒運(yùn)算3800多億次的“神威I號(hào)”已光榮退役，安身在計(jì)算機(jī)科技館內(nèi)。短短幾年，全球超級(jí)計(jì)算機(jī)的整體速度提升了至少20倍。著名的“摩爾定律”指出，計(jì)算機(jī)微處理器芯片的性能每18個(gè)月會(huì)翻倍。以高級(jí)筆記本電腦為例，運(yùn)算速度已在這3年間增長近10倍。但“超算500強(qiáng)”比這個(gè)定律更快，500個(gè)超算系統(tǒng)的性能總和大約每14個(gè)月就翻一番。

　　“魔方”的成功啟動(dòng)令世人對(duì)“中國速度”另眼相看，因?yàn)樗悄壳笆澜缜笆_(tái)最強(qiáng)大超算中唯一的“非美籍”，也使我國成為美國之后第二個(gè)研制出實(shí)測峰值“超百萬億次”超算的國家。

　　新應(yīng)用：助力“國際金融中心”

　　誰將是“魔方”的客戶？

　　袁俊介紹，理論、試驗(yàn)和計(jì)算是現(xiàn)在科技創(chuàng)新的三大支柱，而超級(jí)計(jì)算機(jī)則是高端計(jì)算能力的支撐，既可以對(duì)物理現(xiàn)象仿真和模擬，對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)分析，也可以用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)中復(fù)雜的設(shè)計(jì)計(jì)算。在2000年上海超級(jí)計(jì)算中心初創(chuàng)之時(shí)，“神威I號(hào)”還只是上海市氣象局、中科院上海藥物研究所等少量高端用戶的秘密武器。而到2004年引進(jìn)的“曙光4000A”高性能計(jì)算機(jī)，則把應(yīng)用推廣到更大范圍：我國自行研制的支線飛機(jī)ARJ21—700完美首飛，背后有著超級(jí)計(jì)算機(jī)5 年的保駕護(hù)航；上海汽車、奇瑞汽車研發(fā)的自主品牌車型也依靠著超級(jí)計(jì)算機(jī)的助力加油。用超級(jí)計(jì)算機(jī)來模擬“撞車”，不僅節(jié)約了成本，更縮短了研發(fā)周期。這幾乎成了全世界汽車巨頭無一例外采用的法寶。近幾年，中國的汽車廠商也逐漸嘗到了這“虛擬撞車”的甜頭……

　　2008年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，“曙光4000A”平均利用率達(dá)到了88.5%。通常，80%的利用率已接近極限，即使這樣還有許多單位排隊(duì)等候上機(jī)。而有了“魔方”，上海超算的“腦力”增長了20倍?！笆锕?000A”正在支撐的300多個(gè)用戶，將大部分移師“魔方”，包括氣象預(yù)報(bào)、生物藥物、生命科學(xué)、汽車、核電、鋼鐵、新材料、土木工程、物理、化學(xué)、航空、航天、船舶等數(shù)十個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。

　　除了舊有的項(xiàng)目之外，“魔方”還被期待以重任：上海市著力發(fā)展的九大高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，如商用飛機(jī)、新材料、醫(yī)藥、重大裝備、新能源以及電動(dòng)車等六個(gè)領(lǐng)域都將依賴高性能計(jì)算技術(shù)。

　　此外，也許有一天你所搭乘的國產(chǎn)大飛機(jī)，不僅機(jī)身設(shè)計(jì)靠的是超級(jí)計(jì)算機(jī)的貢獻(xiàn)，連出現(xiàn)在你面前的飛行員、空姐排班順序也是超級(jí)計(jì)算機(jī)所決定的。隨著乘務(wù)人員和航班數(shù)量的大幅增加，排列組合的可能性也指數(shù)級(jí)增加，傳統(tǒng)的Excel已黔驢技窮，因此也要“借腦”來算一算。

　　“超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)”排行榜中，美國入圍的291臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)中有35臺(tái)用于金融企業(yè)或相關(guān)機(jī)構(gòu)。未來，“魔方”將助力上海國際金融中心建設(shè)，為金融機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)衍生產(chǎn)品、控制風(fēng)險(xiǎn)、提供各種計(jì)算解決方案。

　　新競賽：每一秒都在追趕

　　每年兩次發(fā)布的“超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)”排行榜，被譽(yù)為衡量國際高性能計(jì)算機(jī)應(yīng)用狀況的“晴雨表”。去年11月，“魔方”所采用的“曙光5000A”機(jī)型拿到了第十名，而前九名都由美國的廠商制造。包括“魔方”，榜單上中國共有15臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)入500強(qiáng)，在發(fā)展中國家名列第一。

　　“這個(gè)榜單隨時(shí)都在變化，但中國這幾年的表現(xiàn)非常強(qiáng)勁?！鄙虾３?jí)計(jì)算中心高性能計(jì)算架構(gòu)師姚繼鋒說。在“魔方”誕生后，《紐約時(shí)報(bào)》一篇評(píng)論認(rèn)為中國已跨入全球高性能計(jì)算市場的“第一陣營”。

　　“每一天，每一小時(shí)，每一秒在追趕，在不斷試圖縮小與美、日等國的差距?！笔锕夤究偛脷v軍這樣形容中國在超級(jí)計(jì)算機(jī)研究和制造方面的努力。1993年 “超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜”誕生時(shí)，中國內(nèi)地?zé)o一入圍。據(jù)說1990年代初，中石油集團(tuán)因勘探需要引進(jìn)了一臺(tái)IBM的超級(jí)計(jì)算機(jī)，但對(duì)方的條件是監(jiān)控這臺(tái)計(jì)算機(jī)的用途。中石油不得不專門造了一座玻璃房子，讓美國人24小時(shí)監(jiān)控。當(dāng)時(shí)的國家科委主任宋健將此事稱為“中國人的奇恥大辱”。

　　至今，美國仍對(duì)中國禁運(yùn)百萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)及其關(guān)鍵零部件。中國超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程，用歷軍的話是“民族責(zé)任感與商業(yè)價(jià)值取向的一種融合”。在今天，隨著高性能計(jì)算從科學(xué)研究逐步擴(kuò)展到金融精算、動(dòng)漫制作等多個(gè)領(lǐng)域，后者的價(jià)值更是日益顯現(xiàn)。經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)下，全球超級(jí)計(jì)算機(jī)競爭正日趨白熱化。2002 年至2004年，35萬億次的日本超級(jí)計(jì)算機(jī)“地球模擬器”始終排名第一，而隨后的四年內(nèi)第一名的速度提升了31倍，接近1100萬億次。目前，日本每秒能進(jìn)行1京(1萬萬億)次浮點(diǎn)運(yùn)算的“通用京速計(jì)算機(jī)”，已在研制中。英特爾公司的高級(jí)合伙人斯蒂夫預(yù)測，2018年我們也許可以看到比現(xiàn)在最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)———運(yùn)算速度達(dá)1000萬次的“走鵑”快1000倍的計(jì)算機(jī)。

　　中國各地也掀起了競賽。姚繼鋒介紹，深圳、廣州、天津、山東都有建造超級(jí)計(jì)算中心的計(jì)劃，其中深圳的華南超級(jí)計(jì)算中心、天津?yàn)I海的國家超級(jí)計(jì)算機(jī)天津中心，瞄準(zhǔn)的都是千萬億次的運(yùn)算級(jí)別。最近，NEC(中國)有限公司也與武漢東西湖區(qū)簽約，將投資7億元打造中部首個(gè)超級(jí)計(jì)算中心及研發(fā)技術(shù)園。

　　新挑戰(zhàn)：從芯片到軟件開發(fā)

　　雖然“魔方”已經(jīng)位列全球超級(jí)計(jì)算機(jī)的前十位，與運(yùn)算速度最快的IBM“走鵑”差距不過1.5代，但如果從更多的方面考究，這個(gè)差距并不止于此。

　　“盡管主要零部件都實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，但中國超級(jí)計(jì)算機(jī)的中央處理器芯片目前仍依賴國外廠商”，袁俊告訴記者。比如目前中國最先進(jìn)的兩臺(tái)百萬級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)，聯(lián)想的“深騰7000”和曙光的“曙光5000A”，分別采用了英特爾和超威半導(dǎo)體(AMD)的處理器，這兩家都是美國的處理器制造商。在去年中國國內(nèi)的 “超級(jí)計(jì)算機(jī)100強(qiáng)”中，95%的處理器來自英特爾和AMD。

　　令人興奮的是，曙光公司總裁歷軍此前曾透露，“曙光千萬億次機(jī)曙光6000將在2010年推出，屆時(shí)會(huì)采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的龍芯處理器?！睋?jù)悉，計(jì)劃使用的處理器為“龍芯”第三代產(chǎn)品，這將標(biāo)志中國超級(jí)計(jì)算機(jī)質(zhì)的突破。

　　“相比技術(shù)，應(yīng)用上的差距更大。”袁俊說。目前超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用軟件系統(tǒng)大多需要進(jìn)口，“很貴，動(dòng)輒一個(gè)軟件就要上百萬元人民幣，很多企業(yè)都用不起?！?姚繼鋒告訴記者，隨著高性能計(jì)算機(jī)中CPU數(shù)量越來越多，應(yīng)用程序編制難度將越來越大，而一些在軟件行業(yè)中具有壟斷性質(zhì)的企業(yè)，往往把自己的產(chǎn)品和 IBM、HP的高端產(chǎn)品捆綁銷售，這令國產(chǎn)軟件在超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面要取得突破，可能比系統(tǒng)研制更為艱難。

　　由于成本很高，相比美國企業(yè)用超級(jí)計(jì)算尋找防止薯片從裝配線上滑落的方法，中國許多企業(yè)還沒有用上這個(gè)研發(fā)利器，超級(jí)計(jì)算機(jī)仍主要為高端研發(fā)機(jī)構(gòu)所用。據(jù)2008年的統(tǒng)計(jì)，從使用超級(jí)計(jì)算機(jī)的機(jī)器數(shù)量上看，能源行業(yè)占據(jù)了35%，其次是政府部門(12%)和科學(xué)計(jì)算(10%)。而從使用超級(jí)計(jì)算機(jī)的性能上看，科學(xué)計(jì)算占到了第一位，占33.13%，其次是能源(28.01%)和政府部門(7.03%)。

　　據(jù)悉，過幾天，2009年全新“超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)”排行榜將發(fā)布。超級(jí)計(jì)算機(jī)的競賽仍在無止境進(jìn)行，“魔方”的勝利只是一個(gè)“節(jié)點(diǎn)”。我們期待著更多的突破，更快的中國新速度。

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　　中國超級(jí)計(jì)算機(jī)發(fā)展年譜

　　型號(hào)

　　銀河—Ⅰ

　　曙光一號(hào)

　　銀河—Ⅱ

　　銀河—Ⅲ

　　神威—Ⅰ

　　深騰1800

　　曙光—4000A

　　神威3000A

　　深騰7000

　　曙光—5000A

　　面世時(shí)間

　　1983年

　　1992年

　　1994年

　　1997年

　　1999年

　　2002年

　　2004年

　　2007年

　　2008年

　　2008年

　　每秒運(yùn)算速度(峰值)

　　1億次

　　6.4億次

　　10億次

　　130億次

　　3840億次

　　1萬億次

　　11萬億次

　　18萬億次

　　106.5萬億次

　　230萬億次