巡禮E級(jí)超算預(yù)研項(xiàng)目
“三駕齊驅(qū)”擎起E級(jí)超算自主可控大旗
來(lái)源：《中國(guó)科學(xué)報(bào)》2017-03-02 趙廣立
不再僅靠“拼速度”，中國(guó)超算應(yīng)用水平已躋身世界一流，中國(guó)超算隊(duì)伍規(guī)模也在不斷壯大，中國(guó)超算開(kāi)始邁向世界前列。
2016年可稱(chēng)得上是“中國(guó)超算年”。這一年，中國(guó)超算突破不斷：完全由中國(guó)自主設(shè)計(jì)、建造的“神威·太湖之光”蟬聯(lián)世界最快超級(jí)計(jì)算機(jī)；超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的“諾貝爾獎(jiǎng)”——戈登貝爾獎(jiǎng)首次花落中國(guó)；中國(guó)科技大學(xué)超算代表隊(duì)取得國(guó)際大學(xué)生超算競(jìng)賽總分和最高Linpack性能雙料冠軍……
不再僅靠“拼速度”，中國(guó)超算應(yīng)用水平已躋身世界一流，中國(guó)超算隊(duì)伍規(guī)模也在不斷壯大，中國(guó)超算開(kāi)始邁向世界前列。
而在全國(guó)兩會(huì)召開(kāi)前夕，中國(guó)超算再傳好消息。此前，國(guó)家“十三五”高性能計(jì)算專(zhuān)項(xiàng)課題公示了三個(gè)分別由中科曙光、國(guó)防科技大學(xué)以及國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心牽頭的E級(jí)超算（即每秒百億億次計(jì)算能力的高性能計(jì)算機(jī)）的原型系統(tǒng)研制項(xiàng)目，《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者通過(guò)多方采訪(fǎng)了解到，這三個(gè)項(xiàng)目目前均取得了不錯(cuò)的階段性進(jìn)展，為2020年如期建成E級(jí)計(jì)算機(jī)開(kāi)了個(gè)好頭。
三駕齊驅(qū)，樣機(jī)最遲2018年見(jiàn)
E級(jí)超算是世界超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域公認(rèn)的“下一頂皇冠”，將有望在解決全球環(huán)境污染、能源危機(jī)以及氣候變化等重大難題上發(fā)揮巨大作用。2016年，美國(guó)、日本、歐洲和中國(guó)幾乎同期部署了E級(jí)超算系統(tǒng)的研制計(jì)劃。我國(guó)在E級(jí)超算的前期預(yù)研項(xiàng)目的部署上，選擇了由三家優(yōu)勢(shì)力量單位齊頭并進(jìn)的策略。
“E級(jí)計(jì)算的技術(shù)路線(xiàn)在國(guó)際上也有多條，美國(guó)、歐洲、日本的都不相同，中國(guó)‘三駕齊驅(qū)’的局面也是合理的。”中科曙光副總裁沙超群告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，僅就處理器而言，這三條路線(xiàn)也各有特色。
國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心副主任、清華大學(xué)副教授付昊桓在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪(fǎng)時(shí)也表示，E級(jí)超算預(yù)研制的三家單位在技術(shù)層面各具特色、各有所長(zhǎng)，三家單位通過(guò)E級(jí)原型系統(tǒng)的研究，能夠有更多的技術(shù)突破，“可以為后續(xù)E級(jí)系統(tǒng)的研制積累更多的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)”。
國(guó)家超算天津中心研發(fā)部部長(zhǎng)孟祥飛則認(rèn)為，“三駕齊驅(qū)”的局面可以很好地促進(jìn)和形成國(guó)內(nèi)超級(jí)計(jì)算機(jī)研制技術(shù)的相互競(jìng)爭(zhēng)和相互促進(jìn)，確保我國(guó)超級(jí)計(jì)算技術(shù)持續(xù)快速更新。
“通過(guò)三條技術(shù)路線(xiàn)的驗(yàn)證，將為最終E級(jí)系統(tǒng)的技術(shù)路線(xiàn)的選擇提供最直接的依據(jù)。”沙超群說(shuō)。他同時(shí)表示，由中科曙光負(fù)責(zé)的預(yù)研項(xiàng)目預(yù)計(jì)將于2018年5月完成。而據(jù)記者了解到的信息，由國(guó)防科技大學(xué)牽頭的E級(jí)計(jì)算機(jī)原型樣機(jī)研制計(jì)劃或?qū)⒂?017年底至2018年年初完成，由國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心牽頭的預(yù)研項(xiàng)目也將于2018年完成。這意味著，2018年三項(xiàng)目的3臺(tái)E級(jí)計(jì)算機(jī)樣機(jī)將與國(guó)人見(jiàn)面。
自主可控，擎起中國(guó)創(chuàng)造大旗
問(wèn)及“與此前的超級(jí)計(jì)算機(jī)研制項(xiàng)目相比，E級(jí)超算系統(tǒng)的研制有什么新的特點(diǎn)”，受訪(fǎng)專(zhuān)家?guī)缀跻恢碌鼗卮穑鹤灾骺煽亍?/p>
沙超群告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，我國(guó)E級(jí)計(jì)算的研制不僅將采用自主可控處理器和加速器、實(shí)現(xiàn)在超算核心部件上的突破，預(yù)計(jì)還將提出新的E級(jí)機(jī)體系結(jié)構(gòu)，并從計(jì)算系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、存儲(chǔ)架構(gòu)、系統(tǒng)軟件、冷卻系統(tǒng)、應(yīng)用支撐等多方面實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新，在關(guān)鍵技術(shù)上取得突破。
“E級(jí)超算項(xiàng)目最大的特點(diǎn)就是自主可控，即核心技術(shù)必須全部采用自主技術(shù)，包括核心處理器、互連網(wǎng)絡(luò)與基礎(chǔ)軟件等。”付昊桓對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者說(shuō)，E級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研制的主要目標(biāo)就是依托自主可控技術(shù)，研制適應(yīng)重大應(yīng)用需求的E級(jí)高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)研發(fā)一批關(guān)鍵領(lǐng)域的高性能計(jì)算應(yīng)用軟件，構(gòu)建高性能計(jì)算機(jī)應(yīng)用生態(tài)環(huán)境。
付昊桓進(jìn)一步提出，因“神威·太湖之光”已全部實(shí)現(xiàn)了自主可控目標(biāo)，并且其處理器、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和冷卻技術(shù)方面已十分先進(jìn)且具有特色，在E級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研制方案上國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心將很有可能繼續(xù)延用“神威·太湖之光”先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)研制新一代國(guó)產(chǎn)“申威”異構(gòu)眾核處理器，使得單芯片計(jì)算能力和性能功耗比大幅度提升，同時(shí)進(jìn)一步完善軟件生態(tài)環(huán)境，“有望爭(zhēng)取100個(gè)機(jī)柜規(guī)模實(shí)現(xiàn)E級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)目標(biāo)”。
孟祥飛也表示，中國(guó)E級(jí)計(jì)算機(jī)研制，將全方位采用自主技術(shù)進(jìn)行研制，不僅是使用自主高性能計(jì)算芯片，還有自主高速互聯(lián)通信技術(shù)、自主操作系統(tǒng)等諸多方面。
“未來(lái)E級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)將突出全部采用自主技術(shù)進(jìn)行研制的自主創(chuàng)新特點(diǎn)，從CPU、加速器和高速通信三大類(lèi)芯片，到操作系統(tǒng)，再到運(yùn)行計(jì)算環(huán)境等完全自主。”孟祥飛說(shuō)，“也就是在這個(gè)‘超級(jí)大腦’里，‘神經(jīng)元’‘神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)’和‘腦功能分區(qū)與實(shí)現(xiàn)’都要自主設(shè)計(jì)和自主實(shí)現(xiàn)。”
不唯指標(biāo)論，支撐更多E級(jí)應(yīng)用
技術(shù)創(chuàng)新還不是中國(guó)E級(jí)超算計(jì)劃的全部，三方受訪(fǎng)專(zhuān)家還提出，在實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)創(chuàng)新的同時(shí)，還要進(jìn)一步加強(qiáng)應(yīng)用創(chuàng)新，特別是面向重點(diǎn)領(lǐng)域（如石油勘探、氣象與氣候和生物醫(yī)藥、新材料等）的高性能計(jì)算軟件研發(fā)。
“我們的計(jì)算能力已經(jīng)具有世界領(lǐng)先水平，但是超算能力的發(fā)揮需要高效的行業(yè)應(yīng)用軟件的全面支撐。”孟祥飛告訴記者，目前我們除了個(gè)別領(lǐng)域有一些有代表性的軟件外，大部分行業(yè)里面的超算開(kāi)源軟件、工程商業(yè)軟件都由國(guó)外控制，我們要結(jié)合自主超級(jí)計(jì)算平臺(tái)，重點(diǎn)培育和支持科學(xué)研究、工程計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析處理等領(lǐng)域的自主高性能軟件創(chuàng)新。
“E級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將作為國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，必須要滿(mǎn)足國(guó)家重大挑戰(zhàn)性需求。”付昊桓對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者說(shuō)，在E級(jí)系統(tǒng)研制過(guò)程中和正式運(yùn)營(yíng)后，國(guó)家將繼續(xù)推動(dòng)重點(diǎn)應(yīng)用單位和計(jì)算機(jī)研制單位合作，在航空航天、海洋環(huán)境、全球變化、生命科學(xué)、新能源新材料等領(lǐng)域開(kāi)展重大應(yīng)用。
傳統(tǒng)重大行業(yè)應(yīng)用和重大科學(xué)研究領(lǐng)域的應(yīng)用無(wú)疑將成為E級(jí)超算的重要用武之地。此外，沙超群提出，E級(jí)超算不僅要支持傳統(tǒng)的高性能計(jì)算軟件，還要支持云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興應(yīng)用，避免E級(jí)超算曲高和寡的局面，“使其在我國(guó)科學(xué)研究和經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮更重要作用”。
“中科曙光在E級(jí)系統(tǒng)的硬件和應(yīng)用軟件研發(fā)方面齊頭并進(jìn)，安排了很多資金進(jìn)行應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)，與硬件協(xié)同設(shè)計(jì)、同步完成，以避免后期硬件用不起來(lái)的尷尬。”沙超群說(shuō)。
他還指出，未來(lái)的E級(jí)系統(tǒng)在專(zhuān)用性和通用性上如何取舍，將會(huì)是值得思索的問(wèn)題。
孟祥飛也表達(dá)了同樣的看法：“我們也要充分認(rèn)識(shí)到，超級(jí)計(jì)算的發(fā)展是技術(shù)驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，超級(jí)計(jì)算的發(fā)展不能唯技術(shù)論、唯指標(biāo)論，要充分考慮研制出來(lái)的超級(jí)計(jì)算機(jī)能更充分的符合和滿(mǎn)足各領(lǐng)域創(chuàng)新應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)超級(jí)計(jì)算對(duì)國(guó)家科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的綜合支撐作用。”
編輯：徐靜
