运算一分钟 72亿人齐算32年 揭秘全国产世界最快超级计算机“神威·太湖之光”

“神威·太湖之光”超级计算机。

6月20日，在德国法兰克福，美国伯克利劳伦斯国家实验所副主任霍斯特·西蒙（右）为中国国家超级计算无锡中心副主任付昊桓（中）、特聘研究员杨晋喆颁发证书。

这是“神威·太湖之光”超级计算机的交换机网线。

这是“神威·太湖之光”超级计算机的监控面板。

6月20日，德国法兰克福国际超算大会（ISC）公布了新一期全球超级计算机TOP500榜单，由国家并行计算机工程技术研究中心研制的“神威·太湖之光”以超第二名近三倍的运算速度夺得第一。更令人振奋的是，该套系统实现了包括处理器在内的所有核心部件全国产化。

超级计算机新霸主运算速度到底有多快？超算“致用”可以算什么呢？新华社记者走进负责该系统运营和维护的国家超级计算无锡中心，为你揭开“神威·太湖之光”的神秘面纱。

“神威·太湖之光”相当于200多万台普通电脑

世界运算最快是种啥感受？

系统的峰值性能125．436PFlops，世界第一；

持续性能93．015PFlops，世界第一；

性能功耗比6051MFlops／W，还是世界第一。

国际超算大会上传来的消息光看数据让人不明就里。

“简单来说，这套系统1分钟的计算能力，相当于全球72亿人同时用计算器不间断计算32年；如果用2016年生产的主流笔记本电脑或个人台式机作参照，"太湖之光"相当于200多万台普通电脑。”国家超级计算无锡中心主任杨广文介绍。

走进国家超级计算无锡中心，1000平方米的房间内，记者看到了“神威·太湖之光”的“真身”：

由40个运算机柜和8个网络机柜组成。每个运算机柜比家用的双门冰箱略大，打开柜门，4块由32块运算插件组成的超节点分布其中。每个插件由4个运算节点板组成，一个运算节点板又含2块“申威26010”高性能处理器。一台机柜就有1024块处理器，整台 “神威·太湖之光”共有40960块处理器。

“每一块处理器相当于20多台常用笔记本电脑的计算能力，4万多块再组装到一起，速度之快可想而知。”杨广文说。

全球超算，唯快不破。致力超算研究的意义不仅仅是“速度战”，更重要的是赢得“应用战”。

国家超级计算无锡中心副主任付昊桓介绍，依托“神威·太湖之光”，以清华大学为主题的科研团队首次实现了百万核规模的全球10公里高分辨率地球系统数值模拟，这一成果将全面提高我国应对极端气候和自然灾害的减灾防灾能力；国家计算流体力学实验室对“天宫一号”返回路径的数值模拟结果令人振奋，将为“天宫一号”顺利回家提供精确预测；上海药物所开展的药物筛选和疾病机理研究，短短2周就完成常规需要10个月的计算，大大加速了白血病、癌症、禽流感等方向的药物设计进度……

算天、算地、算人……算命？

科学家告诉你超级计算机有啥用

算天

风中哪朵雨做的云？

气象台的天气预报准度一直在提升，这背后其实都是超级计算机的功劳。

北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院王兰宁教授，是中科院软件所与清华大学、北师大合作的“全球大气非静力云分辨模拟”团队成员之一。他从上世纪90年代从事气象预报员，到后来转型成为大气分析专家，预报天气的准头不断提升。

“下不下雨关键看云层运动，在没有超算之前，观测云层的精度是按照经纬度。有了超算之后，就可对云层运动进行精确模拟与观测。”王兰宁说。

为了提高观测进度，他十几年来追逐着超算发展的脚步。2011年，他在天津的“天河一号”上实现了观测精度10万公里的目标；随后，他又在“神威蓝光”实现了1万公里精度；今年，他在“神威·太湖之光”上实现了9公里精度。如今，他又在向着3公里精度努力。

“如果能够盯着每一朵云，天气预报就将万无一失。”王兰宁说，当然，这还需要更强的超算能力支撑。

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，担当这一环节的角色即是超级计算机。“只要有足够精确的相关数据，超算就能找到失事飞机。”清华大学地球系统科学研究中心副教授黄小猛说。

除了找飞机，还有更多接地气的事情倚仗超级计算机来解决。

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。

“现在已经可以实现倒推排查究竟是哪个排放点导致了某次大气污染，未来将能够实现每个小区、每个居民点空气质量的准确预报。”中科院深圳先进技术研究院副研究员陈荣亮说。

算人

医疗应用前景广

模拟血流、模拟心脏、模拟人体任何一个部分，有了超级计算机，这些都不再是梦想。

近期，美国科学家利用世界前十的超级计算机，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。

陈荣亮近日也在利用“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，只要血流储备分数如果小于0．8，就要做手术。”陈荣亮说。

科学解决医患关系，从超级计算机开始。

算命？

算你和他人有什么不同

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。

超级计算机，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”近期宣布，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，超级计算机都有机会抢生意。

述评

超算中国“芯”终成现实

中国自主芯片制造的 “神威·太湖之光”登上全球超级计算机500强榜单榜首，这是中国“芯”走上自主之路的里程碑式事件，意味着中国掌握了超算制造的主要核心技术。

超级计算机是国家科研的一个基础工具，为解决经济、科技等领域一系列重大挑战提供了重要手段，对提升综合国力具有战略意义。然而，无论是当年“天河一号”打破美日占据500强榜单头名位置的垄断局面，还是“天河二号”在过去3年中连续6度称雄，中国人自豪的同时也不乏遗憾，那就是核心的芯片技术仍没有摆脱对外国“芯”的依赖。

2015年年初，美国政府禁止其企业向中国出口与超级计算机相关的技术，更是让中国人意识到核心技术不能受制于人。但从积极方面看，禁令促使中国猛醒。正如榜单主要编撰人、美国田纳西大学计算机学教授杰克·唐加拉当时所言：“美国政府试图遏制高性能计算机在中国的发展，但禁令很有可能会加速"中国设计"芯片的研制。”

一年之后，“神威·太湖之光”夺得全球超算冠军，向世界正式宣告中国“芯”的到来。

美国加利福尼亚大学河边分校超级计算实验室负责人陈子忠对新华社记者说，这个系统不仅性能卓越，而且能效优异，“充分展现了中国计算机专家的设计智慧”。现在“中国已经掌握了超级计算机制造的主要核心技术，在超级计算领域的竞争力和实力将越来越强”。

但在未来几年，超算领域将再次出现“你追我赶”的激烈竞争局面。美国在2018年前后将有至少3台浮点计算能力达到每秒10亿亿次级别的超级计算机问世，日本新一代超算Flagship 2020也将在2020年左右上线。所以，对超算榜首可能出现的交替领先态势，应以平常心对待。

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