中国“超算”超常发展20年：运行速度提高5000多万倍

作者：杨松皓 班级：1402019 学号：14020199033

【嵌牛导读】：我国“神威·太湖之光”超级计算机是全球第一台运行速度超过10亿亿次/秒的超级计算机。国际TOP500组织在德国法兰克福举行的“2016世界超算大会”上，宣布其为2016年的世界冠军。在今年6月19日的“2017世界超算大会”上，“神威·太湖之光”再次夺冠，“天河二号”名列第二，这是两台机器第三次联手占据榜单前两名位置。而更快的E级——每秒计算百亿亿次的超级计算机，有望在2020年左右推出，“神威”“曙光”“天河”等系列超级计算机的研究团队正在加紧研制E级机。

【嵌牛鼻子】：超级计算机  神威·太湖之光

【嵌牛提问】：研制成功百亿亿次级（E级）计算机有望在“十三五”期间实现吗？

【嵌牛正文】：

国家持续投入 20年超常规发展

“我国的‘超算’确实是走过了一条超常规发展之路。按照国际常规，20年计算速度提高100万倍，而我们在过去20年里，‘超算’运行速度提高了5000多万倍。”钱德沛教授说。他是国家863计划“高效能计算机及应用服务环境”重大项目总体专家组组长，已连续15年担任3个“超算”重大专项的负责人。

863计划的“超算”事业起步于上世纪90年代初。超级计算机后来被列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》中，计划到2020年达到千万亿次计算能力。

“现在回头看，当时的目标保守了，千万亿次我们2010年就达到了。”钱德沛回忆，当时对于“超算”的发展路径还有一些争议。在这一阶段，国家增加了项目经费投入，从最初的6.4亿元增加到9.3亿元。

我国“超算”取得的成就引起了国际重视，2011年“世界超算大会”上，钱德沛受邀作特邀报告，这也是中国人第一次被“世界超算大会”邀请作大会报告。

“高效能计算机及应用服务环境”是从2011年开始的第三个863重大项目，从这个重大项目的名称看，更加强调应用。项目实施期正处于“十二五”计划期间，我国“超算”的计算速度又提高了近50倍，“天河二号”“神威·太湖之光”相继成为世界上最快的计算机。

总结我国“超算”的发展之路，钱德沛认为，这是国家持续支持的成果，首先在国家层面优先发展，持续投入，集中力量办大事，中央、地方政府、应用部门多渠道支持；其次，也是科技界团结协作的结果。

“其实，我们在‘超算’领域的投入还是比较少的，有些环节，5年得到的项目经费投入也才100万元。在有限经费条件下，我们强调协调发展，走了一条不同于欧美‘超算’发展的道路。”钱德沛说。

被卡脖子 走出自主可控之路

就在我国“超算”奔跑在快速路上时，遇到了新问题——美国芯片禁运。

2015年2月，美国商务部将我国国家超级计算长沙中心、国家超级计算广州中心、国家超级计算天津中心和国防科技大学四家机构列入芯片限售之列，而这些机器使用的是英特尔微处理器芯片。当时，作为世界上运行最快的计算机，“天河二号”连续拿下了“四连冠”。

“美国是感觉到了某种威胁，害怕我国一直占据超级计算机性能的世界冠军位置。”中国计算机学会高性能计算专业委员会秘书长、中科院研究员张云泉当时在接受中国青年报·中青在线记者采访时，首先点到了美国的“痛处”，因为在此之前，美国、日本等国一直处于“超算”领域领先位置，“我们进步虽快，但也暴露了一个问题，就是我们一直忽略核心处理器的自主化，随时会被人卡脖子”。

国防科技大学教授、时任天河二号系统主任设计师卢宇彤随后明确表示，天河二号系统的100P系统升级目标不会变，时间也在可控的范围内。

“禁运促进了我们在‘超算’领域的自主研发。”钱德沛在接受中国青年报·中青在线记者采访时说。

禁运第二年，安装在国家超级计算无锡中心的“神威·太湖之光”登顶世界冠军。除了运行速度引人瞩目，全面采用国产众核芯片“申威”和操作系统，软硬件完全国产化，这更激扬了国人志气。

“十三五”期间，“高性能计算”国家重点研发专项启动， 研制成功百亿亿次级（E级）计算机是重要目标。

“E级计算机的方案中，自主可控是首要的，而能耗、应用性能、可编程性、可靠性等，都是我们面临的重大技术挑战。”钱德沛说，“从目前看，3个验证系统各有特点，采取不同的技术路线。但目前还没有形成完全可行的E级计算机的技术方案，需要继续探索。

在自主可控之路上，一批年轻科学家脱颖而出。张云泉被山东省政府弹性引进，任国家超级计算济南中心主任。卢宇彤任国家超级计算广州中心主任。一批70后、80后科学家，成为我国“超算”领域的技术领跑者。

计算惠民 要做“超算”强国

张云泉介绍，将落户青岛的E级计算机，是由国家超算济南中心、青岛海洋国家实验室、国家并行计算机工程技术研究中心联合申请的国家科技部重大项目，是国家实验室重大需求驱动下的“超算”研制的首次尝试。

“我们一是要支持国家重大科技创新和战略性新兴产业，二是要服务地方经济发展。过去是机器牵引需求，现在变为需求驱动计算。”张云泉介绍，济南超算中心提出要“顶天”也要“立地”，作为政府主导的超算中心，应用多元化，既有高端计算也要惠民。

2016年11月，基于“神威·太湖之光”的一个应用项目获得了有着“超算应用诺奖”之称的戈登贝尔奖，这是我国首次获此殊荣。在最终入围的6个项目中有3个是我国的，都是基于“神威·太湖之光”超级计算机的应用。

“但是，我们依旧不是‘超算’强国，离强国之路还很远。”钱德沛分析，虽然在国际TOP500强排行榜上，我国超级计算机上榜的数量与美国相当，“可是这不能代表我们的水平，因为大部分是互联网应用的机器，而不是以‘超算’为目的建立的系统”。

钱德沛强调，排名不是我们发展“超算”的根本目的，促进大规模应用、解决国家面临的挑战性问题、带动中国计算机产业的进步，才是我们的目的。具体来说，要提高高校、科研院所运用“超算”进行研究、提高企业利用“超算”解决问题的比例，提高计算的普及程度。

“现在超级计算机发展进入一个常态阶段，不可能长期像过去20年那样超常规发展。我们要抓紧建立起中国高性能计算发展的生态环境。”钱德沛说。