最新一期的全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單中，“天河二號(hào)”實(shí)現(xiàn)六連冠，浮點(diǎn)運(yùn)算速度達(dá)到每秒33 .86千萬(wàn)億次，是第二名美國(guó)“泰坦”的兩倍多。全球超算速度排名第一的“天河二號(hào)”到底有什么用，與普通人有沒(méi)關(guān)系？南都記者近日走進(jìn)“天河二號(hào)”所在的廣州超算中心，揭秘這個(gè)“最強(qiáng)大腦”的超級(jí)應(yīng)用：天氣預(yù)報(bào)超算程序已經(jīng)優(yōu)化，在20分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)3公里精度的預(yù)報(bào)，未來(lái)還有望“搞掂龍卷風(fēng)預(yù)報(bào)”；剛下線(xiàn)的國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)，2年的氣動(dòng)優(yōu)化實(shí)驗(yàn),“天河二號(hào)”僅用了6天時(shí)間就完成了；經(jīng)濟(jì)仿真虛擬實(shí)驗(yàn)室，不僅僅是模擬炒股，更是根據(jù)經(jīng)濟(jì)大數(shù)據(jù)等，模擬整個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的運(yùn)行；在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，“天河二號(hào)”的終極目標(biāo)，是建立孿生數(shù)字人。

速度有多快？ 天河二號(hào)運(yùn)算一小時(shí) 13億人同用計(jì)算器算千年

據(jù)測(cè)算，天河二號(hào)的峰值計(jì)算速度達(dá)到每秒5.49億億次，而持續(xù)計(jì)算時(shí)的實(shí)測(cè)速度每秒可達(dá)3 .39億億次。這個(gè)速度到底有多快？國(guó)家超級(jí)計(jì)算廣州中心主任袁學(xué)鋒如此形容——— 假設(shè)每人每秒鐘進(jìn)行一次運(yùn)算，天河二號(hào)運(yùn)算一小時(shí)，相當(dāng)于13億人同時(shí)用計(jì)算器算上1000年。而其存儲(chǔ)容量相當(dāng)于，存儲(chǔ)每?jī)?cè)10萬(wàn)字的圖書(shū)600億冊(cè)。

為什么如此之快？袁學(xué)鋒介紹，天河二號(hào)一期系統(tǒng)共有16000個(gè)運(yùn)算結(jié)點(diǎn)，每結(jié)點(diǎn)配備兩顆X eonE512核心的中央處理器、三個(gè)Xeon Phi57核心的協(xié)處理器(運(yùn)算加速卡)。累計(jì)32000顆XeonE5主處理器和48000個(gè)X eonPhi協(xié)處理器，共312萬(wàn)個(gè)計(jì)算核心。

天河二號(hào)超算系統(tǒng)由廣東省、廣州市國(guó)防科技大學(xué)、中山大學(xué)共同建設(shè)，總投資25億元，是廣東最大的科技基礎(chǔ)設(shè)施。2015年9月，廣州市正式將廣州超算中心移交中山大學(xué)進(jìn)行管理?！皠e人能算的，我們比他算得快，別人不能算的，我們也能算。”袁學(xué)鋒說(shuō)，天河二號(hào)集高性能計(jì)算，大數(shù)據(jù)分析和云計(jì)算于一體，能高效處理計(jì)算密集型問(wèn)題，也能滿(mǎn)足對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析的需求?！斑@是普通的云中心做不到的。”

哪些人在用？ 634家用戶(hù)目前在用 每周使用量北大通常排第一

袁學(xué)鋒特意提醒，天河二號(hào)還處在建設(shè)期。這意味著，目前天河二號(hào)釋放給社會(huì)的資源是有限的。不過(guò)，即便尚在建設(shè)期，天河二號(hào)的產(chǎn)出已足夠耀眼。2014年4月試運(yùn)營(yíng)以來(lái)，截至上周，天河二號(hào)已服務(wù)的用戶(hù)家(單位)數(shù)達(dá)634家，包括高等院校、科研單位和企事業(yè)單位等。

“而整個(gè)天津超算從2009年至今，總共服務(wù)的單位數(shù)為600家左右?！痹瑢W(xué)鋒說(shuō)，完全靠市場(chǎng)化拓展，天河二號(hào)在建設(shè)期的用戶(hù)量已超過(guò)天津超算?！叭ツ?1月天河二號(hào)服務(wù)用戶(hù)數(shù)270家，到今天一年時(shí)間翻了一倍多，年底還會(huì)有明顯增長(zhǎng)”。他還預(yù)測(cè)，不久服務(wù)用戶(hù)家數(shù)將翻倍過(guò)千?！盀橥茝V使用天河二號(hào)，由廣東省與自然科學(xué)基金共同推動(dòng)的超級(jí)計(jì)算重大專(zhuān)項(xiàng)很快要啟動(dòng)，這個(gè)項(xiàng)目將資助604家簽約單位，其中只有23%用過(guò)天河二號(hào)?！?/p>

袁學(xué)鋒拿用戶(hù)北京大學(xué)打比方，北大很多課題組前來(lái)購(gòu)買(mǎi)大量資源，在超算上算題。“每周看各單位的使用量，北大通常高居榜首”。目前，超算85%的用戶(hù)為遠(yuǎn)程登錄，整個(gè)流程均在互聯(lián)網(wǎng)上完成計(jì)算資源申請(qǐng)和使用。袁學(xué)鋒透露，當(dāng)前天河二號(hào)每周運(yùn)營(yíng)成本約100萬(wàn)，今年已連續(xù)兩月“打平”，即實(shí)現(xiàn)收支均衡。今年天河二號(hào)的銷(xiāo)售額也可觀(guān)。他預(yù)計(jì)，“明年有望破億，這在國(guó)際上全市場(chǎng)化的運(yùn)營(yíng)是絕無(wú)僅有的?！?/p>

超算中心安全嗎？ “彩虹”致大面積停電 “天河二號(hào)”也“中招”

今年10月，臺(tái)風(fēng)“彩虹”襲粵，廣州番禺的500千伏廣南變電站失壓，5個(gè)220千伏變電站失壓，導(dǎo)致海珠、番禺大面積停電，天河二號(hào)也“中招”了。“當(dāng)時(shí)我在家里，一看情況不妙，趕緊跑過(guò)來(lái)了?！痹瑢W(xué)鋒說(shuō)，當(dāng)時(shí)整個(gè)大學(xué)城全部停電長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)。由于電壓不穩(wěn)，天河二號(hào)值班人員果斷命令關(guān)機(jī)?！邦A(yù)案很到位，機(jī)器、數(shù)據(jù)都保護(hù)完好，基本沒(méi)造成大損失?！睋?jù)他介紹，電壓不穩(wěn)的最壞結(jié)果是將機(jī)器打壞。

天河二號(hào)負(fù)荷需求量大、供電可靠性要求高，共有三條供電線(xiàn)路，臺(tái)風(fēng)中，兩路電源全被“干掉”。另一個(gè)由南方電網(wǎng)專(zhuān)門(mén)為超算建設(shè)的燃?xì)獍l(fā)電站，預(yù)計(jì)明年6月啟用，屆時(shí)將為天河二號(hào)提供30%的電源。關(guān)機(jī)一天多，直到電壓穩(wěn)定，天河二號(hào)才恢復(fù)開(kāi)機(jī)。袁學(xué)鋒說(shuō)，“所有的數(shù)據(jù)不能只靠超算中心，或許在幾十甚至上百公里之外，一定要有備份、儲(chǔ)存。”

為了給龐大的數(shù)據(jù)備份，是建設(shè)超算分中心的原因之一。目前全省范圍內(nèi)已有8個(gè)超算分中心在進(jìn)行正式洽談，包括天河、南沙、黃埔、番禺、增城、惠州、中山、韶關(guān)。其中南沙分中心很快將交付啟用，番禺和天河分中心也正在建設(shè)中。“在談的都是認(rèn)真的，簽了協(xié)議”。袁學(xué)鋒詼諧說(shuō)。他認(rèn)為，未來(lái)智慧城市的數(shù)據(jù)架構(gòu)應(yīng)當(dāng)是分布式的，下到街道、小區(qū)、區(qū)、城市、省。多層次分布式的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、互為災(zāi)備才比較安全可靠。“不能把所有雞蛋放進(jìn)一個(gè)籃子，那樣太脆弱了?！?/p>

應(yīng)用

天體物理 已模擬137億年演化 很快將觀(guān)測(cè)宇宙邊界

宇宙是怎么來(lái)的，這是一個(gè)終極問(wèn)題。北京師范大學(xué)、加拿大高能研究所和國(guó)防科技大學(xué)在天河二號(hào)上，對(duì)中微子宇宙尺度演化的問(wèn)題進(jìn)行了研究。袁學(xué)鋒說(shuō)，實(shí)驗(yàn)?zāi)M了137億年的宇宙結(jié)構(gòu)演化過(guò)程，時(shí)間從宇宙大爆炸以后1600年至今。

另外，在天河二號(hào)，很快還將去觀(guān)測(cè)宇宙的邊界，尋找宇宙最早的一束光。袁學(xué)鋒說(shuō)，天河二號(hào)正在爭(zhēng)取進(jìn)入全球最大平方公里陣列射電天文望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目的數(shù)據(jù)中心?！罢莆杖珨?shù)據(jù)，才能掌握探索宇宙奧秘的主動(dòng)權(quán)?！?/p>

他介紹，這一國(guó)際大項(xiàng)目持續(xù)到2030年，數(shù)據(jù)處理量巨大，在中國(guó)天河二號(hào)僅能滿(mǎn)足到2020年，之后希望能有天河三號(hào)來(lái)服務(wù)于它。下個(gè)月，超算中心將舉行SK A項(xiàng)目頂尖專(zhuān)家研討會(huì)。SK A是世界最大的射電望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目，建成后將有助于回答宇宙深層次問(wèn)題，如大爆炸之后恒星和星系的起源，宇宙中的暗物質(zhì)究竟怎樣發(fā)揮作用以及尋找地球以外的生命等。

大飛機(jī) 2年氣動(dòng)優(yōu)化實(shí)驗(yàn) 6天時(shí)間就能搞定

之前剛下線(xiàn)第一代國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919的全機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)驗(yàn)證就在天河二號(hào)上完成。全機(jī)全參數(shù)氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)是大型民機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)的核心關(guān)鍵技術(shù)。“如果氣動(dòng)減少阻力0.1%的阻力，對(duì)商用飛機(jī)的省油將很有益處，這是很重要的一個(gè)指標(biāo)”。

袁學(xué)鋒透露，第二代大飛機(jī)———寬體客機(jī)的氣動(dòng)優(yōu)化也在天河二號(hào)的模擬風(fēng)洞完成?！白隽?萬(wàn)多種不同形狀的機(jī)型，挑選一個(gè)優(yōu)化機(jī)型，通過(guò)局部?jī)?yōu)化，將氣動(dòng)阻力降到最低，最后再確定機(jī)型”。

以往，整個(gè)氣動(dòng)優(yōu)化過(guò)程需要兩年時(shí)間驗(yàn)證，但在天河二號(hào)，利用約2.4萬(wàn)CPU核，6天即完成實(shí)驗(yàn)。袁學(xué)鋒說(shuō)，超算的高性能計(jì)算，節(jié)省時(shí)間，節(jié)約成本，壓縮研制周期，大大提高科研的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。

氣象 能在20分鐘內(nèi) 實(shí)現(xiàn)3公里精度的預(yù)報(bào)

天文、地球科學(xué)與環(huán)境工程計(jì)算應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)，是天河二號(hào)六大平臺(tái)之一。平臺(tái)已部屬了FVCOM、CESM、WRF和paraFE M等開(kāi)源軟件，已支撐諸如全球大氣模擬、全球海浪模擬、中國(guó)海南與東南季風(fēng)相互影響模擬等多個(gè)計(jì)算項(xiàng)目。

大氣運(yùn)動(dòng)是該平臺(tái)最常見(jiàn)的計(jì)算之一，利用衛(wèi)星、飛機(jī)、地面觀(guān)測(cè)站等多種渠道收集大氣的當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)，借助超算及相應(yīng)軟件準(zhǔn)確地定量預(yù)報(bào)大氣的未來(lái)狀態(tài)。袁學(xué)鋒說(shuō)，現(xiàn)在天氣預(yù)報(bào)的超算程序已經(jīng)優(yōu)化，能在20分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)3公里精度的天氣預(yù)報(bào)，而國(guó)內(nèi)通常的天氣預(yù)報(bào)一般在40公里外。

目前超算中心和廣州市氣象局正推進(jìn)合作，準(zhǔn)備將超算的預(yù)報(bào)推向業(yè)務(wù)系統(tǒng)?！扒皟芍芮埃氯尉珠L(zhǎng)剛來(lái)談完。這意味著未來(lái)廣州市的天氣預(yù)報(bào)就在我這干了。”他說(shuō)，氣象局或?qū)㈤L(zhǎng)期駐扎超算中心。

2013年，廣東省氣象臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)馮業(yè)榮曾透露，天河二號(hào)或能為更精確的臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)做出貢獻(xiàn)。袁學(xué)鋒告訴記者，目前中心暫未預(yù)報(bào)過(guò)臺(tái)風(fēng)。不過(guò)介于10月臺(tái)風(fēng)“彩虹”帶來(lái)的龍卷風(fēng)，目前在氣象局未能監(jiān)測(cè)到。天河二號(hào)將重點(diǎn)聚焦局部預(yù)報(bào)，比如直徑在幾公里內(nèi)的龍卷風(fēng)?！跋Ｍ诔闵?，通過(guò)完成更高精度的模擬，搞掂龍卷風(fēng)預(yù)報(bào)”。

經(jīng)濟(jì) 仿真虛擬實(shí)驗(yàn)室 能提前預(yù)警經(jīng)濟(jì)震蕩

經(jīng)濟(jì)仿真虛擬實(shí)驗(yàn)室，由廣州市長(zhǎng)程軟件有限公司發(fā)起。董事長(zhǎng)吳杰說(shuō)，這是一個(gè)基于機(jī)理建模的模型，可能是第一個(gè)把亞當(dāng)·斯密“看不見(jiàn)的手”仿真出來(lái)的實(shí)驗(yàn)室。“相當(dāng)于大腦中樞系統(tǒng)，處理全球經(jīng)濟(jì)的海量數(shù)據(jù)。”遠(yuǎn)不僅是模擬炒股，它要根據(jù)金融交易大數(shù)據(jù)、工業(yè)生產(chǎn)大數(shù)據(jù)、經(jīng)濟(jì)大數(shù)據(jù)等，模擬整個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的運(yùn)行。

袁學(xué)鋒則把它比為打仗時(shí)用的“沙盤(pán)推演”。天河二號(hào)能滿(mǎn)足逼真模擬經(jīng)濟(jì)動(dòng)態(tài)過(guò)程和海量經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)分析所需的計(jì)算資源，實(shí)現(xiàn)及時(shí)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，提高決策和風(fēng)險(xiǎn)管理水平。吳杰介紹，未來(lái)經(jīng)濟(jì)仿真虛擬實(shí)驗(yàn)室能實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)歷史過(guò)程的仿真，能進(jìn)行政策推演，尋找最優(yōu)方案，幫助政府提供政策建議，避免重大決策失誤。此外它還能對(duì)整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)同步控制。“計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)時(shí)研究對(duì)策，指導(dǎo)國(guó)民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行?！蓖ㄟ^(guò)虛擬運(yùn)行進(jìn)行經(jīng)濟(jì)預(yù)警。“若虛擬仿真顯示，未來(lái)會(huì)出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)震蕩，提前幾天或幾月知道都有可能?！?/p>

吳杰說(shuō)，該模型以往的實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有超過(guò)5%的誤差。目前該模型已在天河二號(hào)上聯(lián)調(diào)，預(yù)計(jì)半年內(nèi)將啟用?！翱勺屔先f(wàn)個(gè)客戶(hù)同時(shí)登錄網(wǎng)站，調(diào)用模型進(jìn)行計(jì)算。”打比方，金融投資者可在超算中心租用一個(gè)模擬器，把問(wèn)題和參數(shù)輸入，就可直觀(guān)看到這個(gè)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，或者為你指出哪只股票更合適投資。

醫(yī)療 將建孿生數(shù)字人 實(shí)施精準(zhǔn)醫(yī)療國(guó)家戰(zhàn)略

今年，天河二號(hào)在一天之內(nèi)，完成4200萬(wàn)現(xiàn)有藥物針對(duì)埃博拉新型病毒(蛋白)的有效評(píng)價(jià)與篩選。據(jù)相關(guān)報(bào)道，這相當(dāng)于把包括現(xiàn)有藥物、天然產(chǎn)物和人工合成有機(jī)化合物在內(nèi)的地球上所有可用于藥物研發(fā)的化合物都計(jì)算篩選一遍。這為人類(lèi)應(yīng)對(duì)暴發(fā)性惡性傳染病的應(yīng)急藥物快速研發(fā)，提供了強(qiáng)大的計(jì)算模擬保障。

袁學(xué)鋒介紹，在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，超算的終極目標(biāo)是，建立孿生數(shù)字人。通過(guò)國(guó)際合作，孿生數(shù)字人的平臺(tái)正在搭建中，涉及到細(xì)胞、組織、人體模型、中醫(yī)針灸等諸多方面。全世界暫沒(méi)有具有生命信息的孿生數(shù)字人誕生。袁學(xué)鋒說(shuō)，廣州研究孿生數(shù)字人的優(yōu)勢(shì)在于，鐘世鎮(zhèn)教授從2002年開(kāi)始獲得6個(gè)“虛擬中國(guó)人”的數(shù)據(jù)已數(shù)字化，目前有整套數(shù)據(jù)作為孿生數(shù)字人基礎(chǔ)。

“很難實(shí)現(xiàn)，涉及的數(shù)據(jù)量巨大，涉及領(lǐng)域眾多，很多人體的生物學(xué)奧妙連模型都沒(méi)有，要整合、分析現(xiàn)有數(shù)據(jù)，查找規(guī)律，然后建模?！痹瑢W(xué)鋒說(shuō)，平臺(tái)已重點(diǎn)與中山火炬開(kāi)發(fā)區(qū)醫(yī)院、中山大學(xué)孫逸仙醫(yī)院達(dá)成密切合作，幫助災(zāi)備醫(yī)院各種醫(yī)療數(shù)據(jù)，脫敏(刪除個(gè)人信息)后進(jìn)入超算大數(shù)據(jù)平臺(tái)。未來(lái)將利用虛擬數(shù)字人進(jìn)行試驗(yàn)，診斷分析，實(shí)施精準(zhǔn)醫(yī)療國(guó)家戰(zhàn)略。

相關(guān)

用國(guó)產(chǎn)芯片升級(jí)明年速度將再翻一倍

按照計(jì)劃，天河二號(hào)的二期建設(shè)即系統(tǒng)升級(jí)，于2015年底完成。不過(guò)，由于美國(guó)對(duì)相關(guān)產(chǎn)品的限購(gòu)禁運(yùn)，原定升級(jí)計(jì)劃被推遲?！拔覀儗⒗脟?guó)產(chǎn)芯片進(jìn)行升級(jí)?！痹瑢W(xué)鋒說(shuō)，目前升級(jí)方案已確定，研制方在緊張地對(duì)國(guó)產(chǎn)芯片進(jìn)行測(cè)試和規(guī)?；囉?，包括軟硬件匹配，有大量的工作。“升級(jí)計(jì)劃預(yù)計(jì)2016年底前完成”。升級(jí)后，運(yùn)算速度將再次翻倍。峰值計(jì)算速度將由現(xiàn)在的每秒5 .49億億次提高到每秒10億億次以上，持續(xù)計(jì)算速度達(dá)到每秒6億億次。

算賬

如果個(gè)人在超算上租用一個(gè)PC性能的資源，每天僅需4元?！坝肐PAD就能登錄天河二號(hào)，在天河二號(hào)上的軟件、計(jì)算環(huán)境配置是你自己的計(jì)算機(jī)完全不可比擬的”。

如果在天河二號(hào)租用一個(gè)機(jī)柜的性能，總計(jì)算能力接近400萬(wàn)億次，一年的費(fèi)用為200萬(wàn)?！叭绻阋㈩?lèi)似計(jì)算能力的機(jī)構(gòu)，光建設(shè)費(fèi)不下2000萬(wàn)，不包括運(yùn)營(yíng)成本”。

超算上的能效比很高，每瓦特19億次雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算，即消耗每瓦特電量產(chǎn)生19億次的計(jì)算能力。

原文鏈接：http://epaper.oeeee.com/epaper/A/html/2015-11/27/content_15508.htm