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【ASC14@SYSU】“天河二號”的“大”應用

國家超級計算廣州中心揭密

稿件來源:新聞中心 作者:金刁 編輯:蔡珊珊 發布日期:2014-05-05 閱讀量:

       4月21日,ASC14決賽在中山大學東校區國家超級計算廣州中心擂響戰鼓,來自四大洲的十六支代表隊在五天時間內動手搭建自己的“超級計算機”,并接受HPL(基準性能)、Quantum Espresso(開源量子分子動力學計算軟件)、3D-EW(地質勘探軟件)、LICOM(氣候海洋模式)、SU2(計算流體力學)等五道題目及一道神秘應用“基因比對”的考驗,在五天時間中,他們將證明人類“智慧無極限”。
       競賽區內轟轟的機器運轉聲渲染著場內比賽的緊張氣氛,“學霸”選手們或埋頭深思,或小聲討論……黑色電腦屏幕上刷刷而過的一行行代碼呈現出選手們激烈進行著的“頭腦風暴”。


”天河二號“機房

       超算亮相:“天河二號”助陣ASC14

       本次大賽的亮點之一,即是選手們不僅只在自己搭建的“超級計算機”上跑程序,還將在目前世界上最快的超級計算機“天河二號”上跑程序。這也是目前世界上最快的超級計算機首次助陣大學生超算競賽。
       ASC14的這一鎮場神器——“天河二號”給予了參賽隊員極大的震撼。“‘天河二號’是個偉大的工程!”巴西圣保羅大學的隊員感嘆道。而來自美國普渡大學的隊員們也驚嘆不已:“非常棒!或許我們是美國唯一能有機會參觀機房的隊伍!”上海交通大學的隊員肖迪則為“天河二號”高速的計算能力與其相對節省的占地空間感到驚訝:“天河二號應該是運用創新的方法來擺放機柜的,不僅節省空間,體積也沒有想象中大。”他說道。
       位于中山大學東校區國家超級計算廣州中心二樓的“天河二號”分別于2013年6月、11月兩次問鼎全球超級計算機500強排行榜。這也是繼“天河一號”之后,中國超級計算機再次登上世界之巔。
       30年前,我們仍需從美國進口超級計算機,而30年后我們的超級計算機已站上世界頂峰。時光流轉,中國的超級計算機從無到有,而今傲視群雄,這表明我們的超級計算機硬件研發水平已居世界前列,而在4月23日的ASC14賽場上,中山大學代表隊在Linpack基準測試中,以每秒9.272萬億次的運算速度創造新的世界紀錄,而這一世界紀錄原本持有者為華中科技大學。今天,中國學子在超級計算機最高計算性能上屢次刷新世界紀錄的突出表現,有理由使我們更加憧憬中國超級計算未來的美好圖景。
       當我們的硬件水平居世界之首時,超算領域的學者們開始指出超算研究今后發展的方向,將是以應用需求為牽引,而不是以計算機為牽引。那么在應用方面,世界頂級超級計算機——“天河二號”又有何建樹呢?

       超算應用:算天、算地、算人

       “沖擊Linpack的第一名,已不是我們的目的,現在我們更看重應用。”國家超級計算廣州中心主任袁學鋒表示。目前對于中國乃至世界而言,超級計算機的應用領域都是有待進一步拓展開發的。而自主開發的應用軟件缺乏亦是中國超算發展的“短板”。有感于此,ASC14大賽在開賽前廣發英雄帖,面向中國的超算用戶及專家征集自主開發軟件作為大賽題目。本次在“天河二號”上“跑”程序的3D-EW(三維縱橫波分離的彈性波方程模擬方法)即是從征集活動中脫穎而出的“中國好應用”,該應用在石油勘探領域有著非常廣泛的應用前景。
       “目前,‘天河二號’從調試到試運行,平均的負載率大概是25%,有時會達到50%。世界上的超算中心如果負載率達到50%就是不錯的狀態,而超過50%的話,用戶的超算體驗效果將下降。“袁學鋒主任解釋道。
       以“天河二號”為主體的廣州超算中心,目標是建成集高性能計算、海量信息吞吐和處理服務能力于一體的世界一流數據中心。為此,秉承“立足廣州、面向全國,向世界開放”的理念,袁學鋒主任已經勾勒出“天河二號”五大應用平臺的圖景:
       一是數字制造平臺,當前處于醞釀之中的第三次產業革命,其核心即是信息技術向制造業、實體經濟輻射,這也將是未來衡量國家創新型經濟競爭能力的核心內容。目前信息技術在金融業、服務業有所應用,而京東、阿里巴巴等網站更是顯示出其震撼性效果。而時下熱門的“3D打印”,其核心即是打印過程中對材料性能的調控,這就需要數字設計和優化,是一個數字制造平臺。
       二是地球科學與環境工程平臺。這一工程可謂“上天入地”,與我們息息相關。他囊括地球生物、地殼運動、地表、海洋、大氣和天文等等。
       三是材料科學與工程平臺,材料是所有東西的基礎,所以構建一個材料科學與工程平臺亦至關重要。
       第四個平臺是醫藥和個性化醫療平臺。即從數字細胞、數字組織、數字器官到數字人體全部構造出來,從而能實現個體化醫療。也就是說,未來某一天,我們可以通過自己的“數字生理人”監控自身健康狀況,醫生也可以從我們 “數字生理人”的基因數據情況分析我們有可能患有何種遺傳病,有何潛在的癌癥風險,有何過敏跡象等,甚至可以先在“數字生理人”上試用藥物,無礙再由我們本人來服用。
       第五個平臺是大數據、云計算。“天河二號”最突出的特色就是集高性能計算、大數據和云計算為一體,目前尚沒有一個超算中心能做到如此。“7條黑龍(天河二號七排機器),前4條做高性能計算,后3條做大數據和云計算。”袁主任進一步解釋道。
       目前,“天河二號”上已進行著中國商用飛機、高鐵等制造業方面的應用,另外還有氣候模擬上大氣模式的應用及生物領域的蛋白氨基酸模擬、華大基因比對等等。
       “天河二號”代表著中國超級計算機高超的硬件發展水平,也彰顯著中國超算立志突破應用短板的決心。


國家超級計算廣州中心大樓

       超算普及:“中國大媽”都可用的超算

       在信息時代,超級計算機可以在我們的經濟社會生活中發揮極大作用,但目前對于大多數人而言,他卻仍是一個“神秘”的存在,頗有一些“高處不勝寒”之感。在今天的大學校園之內,知道超算為何物的估計也是少之又少。因此,超算的普及就顯得至關重要。而要使百姓認識超算,最關鍵的是要使超算造福百姓。發揮超算在產業轉型過程中的作用,使超算成為普通老百姓都能使用的工具,這將使超算走下神臺,真正進入我們的生活,為我們算天、算地、算人。
       “我們整個超算資源分成三大塊。一塊10%左右,是為政務服務的,即政府購買服務;一塊為20%,是扶植型的,完全是為了扶植基礎科研、大工程、新興產業、中微小企業的;另外70%是商業行為,這一方面有盈余,我們將把盈余注入到20%的扶植型區域里面,從而降低扶植型和基礎科研的成本,甚至對他們進行補貼。讓他們在孵化期間成長起來,以后為超算中心造血,實現可持續發展。”袁學鋒主任介紹道。超算中心將致力于創造知識產品,并不斷降低使用超算的門檻,“我們鼓勵在校學生申請在超算平臺上進行他們的課題研究,也非常歡迎青年人到超算平臺上來創業,生產出我們的數字產品、智慧產品,參與國際競爭,擺脫粗放型發展,共同努力帶動我們的產業轉型,推動智慧型的綠色產業、無煙工業的發展。”談及此,袁主任還笑言:“青年人愛玩游戲是好的,但若能進一步形成癡迷于寫程序的氛圍,何愁沒有軟件人才?”
       袁學鋒主任表示,軟件產業包括整個IT行業是勞動密集型產業,程序是需要人一條條去寫的,而我們在勞動密集型產業上有著相當的優勢。“我對我們的年輕人非常有信心!”袁主任不無自豪地說。而本次ASC大賽組委會主席、中山大學數學與計算科學學院教授許躍生也感嘆:“我們的學生都非常厲害!非常有創造性!在超算這一塊上,他們更多的是自己讀、自己想、自己做。”
       而超算目前仍屬于世界高端前沿科學領域,普通百姓甚至是在校大學生都不是一上來便會用超算的。對此,袁學鋒主任介紹,超算中心將會有免費的培訓,另外,許躍生教授的團隊也在廣州科信局的資助下研發一個超算軟件平臺,使得普通用戶使用“天河二號”時如同用普通電腦一樣。如果說“天河二號”是一臺專業相機,那么這個軟件平臺就是在其前臺的一部“傻瓜相機”,會更適合大多數人使用。說到這里,袁主任不禁暢想起來:“以后個人不需要買PC,只要買一個客戶端,你用手機點擊,就可以搞超算,需要算什么信息,在菜單上一列,超算就可以解決。我們整個軟件平臺未來要做到這個程度,讓中國大媽都可以用超算!”
       中國大媽都可以用的超算雖在未來,但是文科生就可以用的超算卻近在眼前。袁學鋒主任介紹,在超算上有一個領域是文科生可以做的,就是動漫渲染、平面設計。動漫渲染也屬于勞動密集型產業,他的整個工業是分包到底的。你只需自己設計好畫面、分鏡頭而后分包下去,再把整部電影拿到超算平臺上進行渲染。“因為這邊的軟件平臺是已經搭建好的,末端用戶只需要做好自己的設計工作即可。”
       大約兩個月后,個人將可以申請在“天河二號”上算題,而接下來,隨著國家超級計算廣州中心的各項建設陸續完備,還將徹底開放參觀,并開設科普基地,“我們也希望市民、中小學生前來參觀。”
       而以“天河二號”為主體的廣州超算中心,在步步拓寬超算應用領域,漸漸普及超算概念的同時,亦在逐步完成自我的更新換代,“天河二號”將從一期系統升級進入二期系統,而計算峰值也將從54.6P提升至110P。

       ASC14五天的緊張比賽已落下帷幕,五天之中,選手們在激烈的頭腦風暴中碰撞出智慧的火花,挑戰著自己,也刷新著世界紀錄,更在一步步推開超算的大門。而選手們的優異表現燃起我們對于超算的信心,也激發我們對于超算人才的渴求。而今,我們的超算硬件已居世界前列,而軟件應用和人才缺口仍是制約超算發展的兩大難題,其中人才更是關鍵點,因為軟件應用的發展也基于人才的培養。針對超算人才的缺口,中山大學依托“天河二號”這一平臺,籌建超算學院、超算研究院等有關機構,將成為國內超算教育先行者,敘寫中國超算的新篇章。

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