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超级计算机:高科技神器越来越接地气
时间:2019-10-08
原标题:超级计算机:高科技神器越来越接地气

  国家超级计算广州中心业务主机——“天河二号”超级计算机系统 羊城晚报记者 汤铭明 摄

  广州——深圳

  大气海洋环境、天文地球物理、工业设计制造、新能源新材料、生物医疗健康、智慧城市云计算……越来越多的前沿领域正在加入超级计算的应用之中。在广东,分别有国家超级计算广州中心和深圳中心(以下分别简称为“广州中心”和“深圳中心”)两大超算中心。其中,广州中心配置了“天河二号”超级计算机系统,可广泛应用于高新产业和现代服务业、数字城市建设及其他科研领域,具有峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算的优异性能,曾连续六年位列全球超级计算机500强第一位。深圳中心则配置了国产曙光6000超级计算机系统,该主机系统于2010年5月经世界超级计算机组织实测确认,运算速度达每秒1271万亿次(峰值3000万亿次),可广泛运用于结构强度、动力学、运动学、碰撞安全、流体力学的工程计算等。两大超算中心均是国家在“十二五”期间部署的重大科技创新平台,是支撑国家实施创新驱动战略和服务地方产业发展的重大科技基础设施。

  完成3万亿

  粒子数数值模拟

  创世界纪录

  中微子是自然界中最基本的粒子种类之一,号称“宇宙幽灵”。它在宇宙诞生后约一秒钟就脱离其他等离子体物质的影响,形成看不见的宇宙背景。它是宇宙演化过程和各种天文现象的参与者和见证者。由于中微子质量小、不带电且运动速度快等物理特点,只能依靠大规模宇宙学数值模拟而被“间接”测量,从而获得有关中微子质量的重要信息。

  而能做到宇宙量级的计算,只有超级计算机才能完成。

  2017年,在“天河二号”的帮助下,来自北京师范大学天文系的研究团队,首次测量到了以往任何宇宙学数值模拟都看不到的中微子在宇宙结构中的微分凝聚效应,在当今和未来的宇宙学观测中开辟了一条独立测量中微子质量的道路。

  该项研究比美国阿贡国家实验室的Mira超级计算机去年进行的1.07万亿粒子数数值模拟超出两倍多,创造了新的世界纪录。对多达3万亿粒子数中微子和暗物质的宇宙学进行数值模拟,它好比一架“像素”极高的“超高速摄像机”,通过上述模拟能够“还原”出宇宙清晰而漫长的演化“视频”,使宇宙大爆炸1600万年之后至今约137亿年的漫长演化过程得以“呈现”,为通过天文观测手段测量中微子质量带来了新的契机和希望。

  据最新数据,广州中心“天河二号”用户总数已经突破了3000家,成为全世界用户数最多、利用率最高的超级计算系统之一。广州中心主任卢宇彤教授表示,中心坚持技术、应用、服务三位一体全面发展,支撑基础科研能力、创新能力不断提升。通过在全国部署超算分中心,服务覆盖粤港澳大湾区及广深创新走廊,进一步辐射全国。

  而深圳中心创造性地将超算资源应用于云计算服务,并因此而获国家科技进步二等奖。这一创造性运用,使得计算机资源既满足高性能计算需求,又能提供强大的云计算服务能力,使超级计算机资源得到更充分的应用,是计算机资源服务形式最为宽泛的超算中心,目前在计算资源利用率上为全国最高。

  “目前我们超级计算机的计算能力利用率已经完全饱和。”深圳超算中心相关负责人介绍。深圳超算中心坚持“有所为、有所不为”的市场策略,向社会提供高性能计算、云计算和IDC等多元化服务,计算资源广泛应用于气象、科研、工业等关键领域。

  中心承担的国家发改委云计算重点示范工程项目——深圳市云计算公共服务平台,已开发完成政务云、健康云、教育云、工业云、测试云、档案云、气象云、备份云、警务云、招标云、渲染云、血液云、工程大数据云以及电子账单、应用商店等“十三云一单一店”,为政府机构、企事业单位、家庭和个人提供安全的虚拟网络空间以及各类丰富的云应用服务,机构用户超过2万家,个人用户超过1200万人。

  将打造E级计算机

  计算能力提升千倍

  置身于粤港澳大湾区城市群,不论是上学读书,还是交通出行、去政府部门办事、看病挂号,都和中国超算深圳中心脱不开干系。记者从深圳中心了解到,在寸土寸金的深圳大学城,位于国家超级计算深圳中心南部的一块空地虚席以待,这里未来将建设E级超级计算机。

  顺应全球新一轮科技革命潮流和趋势,深圳上马了一批大科学装置工程。国家超级计算深圳中心主任刘明伟说,E级计算机将使中心的计算能力提升1000倍,每秒可进行百亿亿次数学运算。刘明伟介绍,E级计算机将成为粤港澳大湾区重要的大型科学装置,为湾区基础科学研究、云计算、大数据和人工智能提供强有力支持,同时也为大湾区的科技创新提供有力支撑。

  2017年12月16日,广州中心正式发布了“天河星光”云超算平台2.0,从此用户开启了“一个网页”访问“超算中心所有资源”的时代。据介绍,该平台是由中心自主研发的超算应用产品,融合高性能计算、云计算、大数据应用,支持跨软件、跨领域的耦合工作流,集成基础设施服务、高性能与可视化、大数据与深度学习,以及数据快传、冗余备份、数据管理等增值服务的多元化功能。基于天河星光,目前已实现了大气海洋环境、CFD与工业制造、生物医药健康大数据、视频交通大数据、深度学习与认知智能等应用。

  在2018国际超级计算大会公布的TOP500榜单亮点解析中,广州中心代表我国成为世界上最强大的超算中心之一。如今,人工智能的热潮席卷全球,广州中心是最早实施高性能计算与大数据融合创新发展策略的超算中心。而广州中心正在积极计划,一是将应用优势进一步扩大,二是将系统进一步升级。“天河二号”也将推动电子政务、数字中国建设等领域的应用升级,创造出更多标志性超算应用成果。

  广州中心总工程师杜云飞:让超算离市民更近

  广州中心总工程师杜云飞,是“天河二号”超级计算机的设计者之一,他用十年的时间见证了超级计算机从“天河一号”向“天河二号”的进化之路,也见证了中国超算技术的不断飞跃。回忆当年,正是对于计算机专业的向往和憧憬,让他在高考时选择了这一领域。2008年,杜云飞从国防科技大学毕业后,就进入了“天河一号”的研发团队。

  他回忆道,当时的计算机专业属于前沿而神秘的领域,在参与天河系列联机调试的那些日子里,他和同事们每天两点一线,从宿舍到实验室,全天24小时轮班,每天只能休息五六个小时。

  此后,他和团队又陆续构建了天文物理、大气海洋、工业设计制造等应用软件平台,建立了基于超算的云计算和大数据平台,他希望能够通过团队的努力,让超算距离市民越来越近,希望在不久的将来,可以让更为精准的天气预报、3D动画的完美渲染等等改变市民们的生活。他希望能够继续为中国的超算事业而奋斗,将“天河二号”应用在世界每个角落是他的梦想。

  杜云飞认为,未来超算的发展方向,必定是与人工智能的相结合,计算能力在人类生活中将占据越来越重要的作用,过去的超级计算机主要关注的是科学工程应用,而在未来,超级计算机与人工智能和数据处理的结合将日益密切。

  文/羊城晚报记者 李钢 沈婷婷

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