【“天河一號”從“最快”世界冠軍到“最忙”勞模】

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原標題:“天河一號”從“最快”世界冠軍到“最忙”勞模

很難說世界上還有比這更快的。在眨眼的一秒鍾,它已經完成數千萬億次計算。這是超級計算機的世界,速度永遠在刷新。

如果說,超級計算機是“計算機界的珠穆朗瑪”,那麼,位於國家超級計算機天津中心的“天河一號”,是中國人在世界之巔插上的第一面紅旗。

2010年,“天河一號”以持續速度每秒2570萬億次浮點運算、峰值速度4700萬億次的速度雄冠全球,並以這樣的速度,持續運行到今天。

今天,它的速度雖被後來者不斷超越,而這位昔日的冠軍卻“越來越忙”了。它每天要接1400多個任務,滿負荷運行;它“跑”的路也越來越寬了,天上飛的、地上跑的、地下藏的,全都“裝”在它心里,算得一清二楚。

曾是世界冠軍 更是一個開拓者

為了向更多人解釋“天河一號”速度,技術人員用了一個通俗易懂的比喻:它運行1小時,相當於13億人同時計算340年。

2010年“天河一號”面世時,人們對超級計算機還不了解,質疑聲也隨之傳來:花這麼多錢,造這麼快的超級計算機究竟有什麼用?是不是閑置在一邊,是不是資源浪費?甚至還有網友調侃說,能不能讓我用來打遊戲?

“從‘天河一號’開始,中國超算不再受製於人。”國家超級計算天津中心主任劉光明清楚第一速度背後的深刻意義,這代表著一個國家的整體國力。

此前,中國沒有屬於自己的千萬億級超級計算機,缺乏強大的超算能力意味著,在氣候、氣象、海洋與能源等關係國計民生的重大基礎領域,都將難以開展長效的預測、勘探等工作。

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速度的提升帶來的一個最直觀變化,是外國同行的態度。此前,歐美等國對中國使用他們的超級計算機開出高昂的價格,不僅如此,為了封鎖技術,他們還要求讓計算機“住進單間”,中國人不得靠近。

而當“天河一號”在世界超級計算機Top500榜單登頂後,不少外國同行主動來到中國,請教“天河一號”首創的讓CPU和GPU(圖形處理器)高效協同的計算模式。

象征著最尖端計算能力的超級計算機,也被一些人比作是“高智商的玩具”,研發和操作它的科學家們,也在摸索如何“玩”出名堂,讓它的強大腦力造福於人。

“在最初投入使用的一年多時間,我們也在逐漸摸索服務對象的種類和所能提供的服務。”國家超算天津中心應用研發部部長孟祥飛說,如何把強大的計算能力用在各個領域,需要一點點突破。

霧霾實時預警 優化治理方案

在你看得見或看不見的各個領域,超級計算機在改變你的生活。

有時,它可以變成宇宙飛船的模樣,模擬大型航天器在虛擬的外太空飛行的全部數據;有時,它會鑽到地下數公里,算出石油和天然氣到底藏身何處。當前的“全民公敵”——霧霾,也是它瞄準的方向。

精確預測霧霾其實並不容易。中國各個城市PM2.5到底都是從哪兒來的,有工業煙塵排放、汽車尾氣、建築工地和道路揚塵、生活取暖排放以及農村的秸稈燃燒等,但至今沒有一份完整的清單。即使在同一個城市中,不同區域的霧霾濃度也有很大差別。

專家將霧霾預報形容成“天氣預報+化學”,因為PM2.5其實包含著許多種不同的化合物,它們的大小也不盡相同。“溫、濕、風、壓”是天氣預報主要關注的4個指標,而霧霾則涉及70個左右,每一個數值都不是固定不變的,任何一個指標的變化都會帶來完全不同的結果,因此預報霧霾的計算量是預報天氣的好幾倍。

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以計算機動車尾氣對霧霾形成到底有多少具體的影響為例,專家們需要構建一套道路交通尾氣排放的監測系統。在這套系統中,地圖上標注出了城市中每個監測站點的位置,通過路面攝像頭的監控,在汽車行駛的同時就把車的大小、型號統計起來,然後自動計算出它的排量。再加上環境中汙染濃度和氣象水平等數據,最終得出機動車實時排放的尾氣汙染物情況。這套系統每5分鍾進行一次刷新,將搜集到的數據傳送到“天河一號”上,提供給綜合數據模型,最終算出汽車尾氣排放對霧霾形成的具體影響。

就這樣,“天河一號”可以把每一種汙染源,都精確到“點”來計算,結合大量數據進行分析後,得出不同的汙染源在霧霾形成過程中,扮演何種角色,從而大大提升霧霾預警的精度;而完成一次預報用時隻需2~3小時。

“天河一號”掌握了大氣化學反應、汙染源監控等大數據信息後,通過建立計算模型進行模擬,已經形成了一個實時、高精度、大範圍的霧霾監測預報系統。更重要的是,依據這些精準信息,可以有望找到一個對霧霾治理更優化的解決方案。

超算背後的年輕人平均年齡28歲

從任何一個角度來看,“天河一號”都是個不折不扣的“勞模”。它全年365天無休,7×24小時持續運行,能夠始終保持穩定高效的運算;它每天提供1400多個在線服務,服務的用戶數已近1300家,主要用戶遍布全國30個省、自治區和直轄市。

支撐“天河一號”巨大的服務承載力的,是國家超級計算天津中心的60多名研發技術人員,他們是一群平均年齡28歲的年輕人。

馮景華算是其中的“老人”了。2010年從西安交通大學碩士畢業後,跟著導師研究過並行計算的馮景華加入了天河團隊,如今擔任國家超級計算天津中心系統管理部部長。

“當時國內高校很少有培養這個方向的人才,起初我們隻有20多個人。”馮景化回憶,從“天河一號”的安裝和調試,並測試出高效計算速度,奪得當年世界冠軍,年輕人放棄了節假日,每天工作十幾個小時,最忙的時候一周睡眠時間隻有20個小時。最終隻用了短短3個多月時間,完成了國外同行需要一年時間才能完成的任務。也正因為如此,他們被稱為“鐵杆子天河”。

“用戶的需求,我們隨時能夠響應,即使是淩晨兩三點。”馮景華說,“天河一號”的團隊服務能力很強,大大提高了用戶體驗的滿意度。

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如今,“天河一號”已經是石油企業尋找油氣資源不可或缺的“先鋒”,也成為國內石油勘探地震數據處理能力最強、處理速度最快的平台。

幾年前,“天河一號”的技術專家與某研究院曆時數月研究開發,最終共同研製出具有自主知識產權的的石油地震勘探數據處理的核心軟件和處理平台。“原本需要1個月甚至更長才能完成的任務,現在可能隻需要幾個小時。”這樣一來,使得我國石油公司在國際勘探競標上能夠獲得較大優勢。

不僅如此,“天河一號”還參與了許多國家科技創新的重大項目。在腦科學和基因測序方面,它提速國內全腦三維成像150倍以上,將原本需要5~6天的鼠類全腦成像,縮短到1~2個小時;與天津大學和華大基因等科研機構開展基因測序等合作,試圖破解人類基因密碼;此外還與中科院上海藥物研究所合作,從20多萬個代表化合物中篩選出抗癲癇先導藥物。每一個項目推進的背後,“天河一號”都不僅僅是一個計算工具,為了讓計算跑得更快、更精準、更有效,它都會深度參與研發,不斷尋求更完美的解決方案。

“天河三號”將亮相 速度再快200倍

如今,“天河一號”已經7歲了,因為應用廣泛,早已實現自負盈虧。而它每天滿負荷運轉,甚至有時會出現應用“排隊”的情況,有更新換代的需求。

目前,由國家超算天津中心同國防科技大學聯合開展的“天河三號”樣機研製工作已經啟動。原型樣機的研製將為進一步研發自主芯片、自主操作系統、自主運行計算環境的全自主的新一代百億億次超級計算機,打下基礎。而百億億次超級計算機提升的不僅僅是計算能力,更重要的是在計算密度、單塊計算芯片計算能力、內部數據通信速率等技術上,全面得到極大提升。

今年“天河三號”驗證系統將完成高性能芯片、互聯網絡等關鍵技術的突破,樣機預計在今年底至2018年初完成部署。測試穩定後,2020年左右部署完成整機系統。

速度帶來的是實實在在的經濟效益。經過初步測算,“天河三號”每年產生的實際經濟效益將超100億元。(胡春豔)

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