聚焦信息技术领域 为产业发声
导读
2017年，根据国际TOP500组织发布的新一期全球超级计算机500强榜单，中国超算“神威·太湖之光”与“天河二号”连续四次占据榜单前两位，更值得骄傲的是，“神威太湖之光”实现了核心部件的完全自主研发。但是，与国家综合实力息息相关的超算，同我们的生活有何关联？我国超算目前占据全球超级计算机500强榜单前两位，是否说明我们的超算实力已经赶超美国......九州连线特此连线了中科院计算所计算机体系结构国家重点实验室研究员，国家超算济南中心主任张云泉，并对以上问题进行了访谈，以下为采访实录：
超算与我们的民生国计息息相关
1.九州连线：能否用通俗的语言解释下什么是超级计算？超级计算有哪些和我们日常生活中密切相关的应用？
张云泉：超级计算，简称超算，也叫高性能计算。高性能计算机顾名思义是一种性能比普通计算机高的计算机，它内部配置了多个处理器共同组成高性能计算机的一部分，通过多台计算机也可以实现高性能计算操作，高性能计算机需要在相应的高性能计算系统或者环境当中运行。
而高性能计算则是指通常使用很多处理器(作为单个机器的一部分)或者某一集群中组织的几台计算机(作为单个计算资源操作)的计算系统和环境。
超算与国民经济、工业企业创新、国防科技、国家安全等国计民生的方方面面都息息相关。
整体而言，我国超算领域正处于高速发展的上升阶段，汽车制造、航天、发动机、地质勘探等各个行业已经开始广泛使用超算技术，通过超算设计、改善国产企业的产品模型。
同时，超算作为人工智能的重要支持平台，其能力也在一定程度上决定着国家人工智能的综合表现和长久发展。
在只考虑语音识别、计算机视觉的情况下，BBC 预计全球人工智能总体市场规模 2020 年将达到1190 亿元；预测国内人工智能市场规模2020 年将达到91 亿。因此，超算的落后，将不利于在人工智能上的取胜。
同时，对于情报信息的搜集和处理方面，超算能力的落后也会导致情报信息获取的延后，在军事高科技化的今天，对于国家安全来说，也会有很大的负面影响。
2.九州连线：为何世界各国如此重视超级计算机的研发？我国的超级计算机近年来在国际超级计算机TOP500榜单中多次夺冠，是否意味着我们国家在超算方面的核心技术水平和自主可控能力已达到国际先进水平？
张云泉：因为超算和国家的创新能力、综合国力直接相关，对国家转型发展有重要意义。超算采用的计算机技术是计算机技术中的火车头，最新技术一般都最先在超算采用，成功后才会普及到个人计算机上，所以对技术的推动作用毋庸置疑。
另外超算对于企业创新、国家安全的贡献也很大。最重要的是，超算水平的高低意味着一个国家的综合实力，尤其体现在国防军工上，比如核武器都要靠超算模拟，核禁试会禁止所有地下核实验，只能用超级计算机模拟，如果没有这个能力意味着核武器的落后，落后就要挨打。
在转型发展上，需要很大的程度依赖计算科学。基于超算的计算科学、计算模拟的设计、模拟、优化，对工业界提高竞争力有很大的帮助，所以很多企业和单位都在持续投入。
目前国际上对高性能计算机的最为权威的评测是世界计算机排名(即TOP500)，通过测评的计算机是目前世界上运算速度和处理能力均堪称一流的计算机。
根据国际TOP500组织发布的新一期全球超级计算机500强榜单，中国超算“神威·太湖之光”与“天河二号”连续第四次占据榜单前两位，而美国超算“泰坦”则排名第四。
整体而言，我国超算领域正处于高速发展的上升阶段，未来前景十分看好。
我国自主研发的超算已达世界顶尖水平
3.九州连线：在国际超级计算机TOP500榜单中多次夺冠的神威·太湖之光和天河超级计算机有什么本质区别和突破？
张云泉：据国际TOP500组织发布的榜单，“神威太湖之光”峰值计算速度达每秒12.54亿亿次，持续计算速度每秒9.3亿亿次，性能功耗比为每瓦60.51亿次，三项关键指标均排名世界第一。其浮点运算速度比第二名“天河二号”快出近两倍，效率提高3倍，功耗也比“天河二号”低。
更重要的是，与“天河二号”使用英特尔芯片不一样，“神威太湖之光”使用的是中国自主知识产权的“申威”处理器，实现了从CPU、操作系统、互联网络等核心部件的完全自主研发。
“神威·太湖之光”之所以强大，还要归功于其背后的硬件支持。
超级计算机主要是依靠提高并行度和设备的规模来提升计算速度，“神威·太湖之光”拥有超过1000万个处理器核，远远超过天河二号的300多万个，从而极大地提升了其运算规模和并行度。
其次，“神威·太湖之光”首次完全采用“中国芯”——“申威26010”众核处理器，这个只有5厘米见方的小小薄块，它集成了260个运算核心，数十亿晶体管，达到了每秒3万多亿次计算能力，单芯片计算能力相当于3台2000年全球排名第一的超级计算机。40960个“中国芯”同时工作，让“神威·太湖之光”登上了世界计算巅峰。
4.九州连线：这能否说明中国在超算领域已经赶超美国？
张云泉：中国超算能力增长如此迅猛，与中国计算机专家长期努力的结果分不开，更是中国近年来经济高速发展的体现，这表明中国与美国在综合国力上的差距越来越小。但这并不意味着美国在这个领域开始衰落。
中国超算发展最好的时期，正好恰逢美国超算发展的低谷，这两个叠加在一块。显得中国很强，美国很弱。
这是中国超算这几年发展较快的一个延续，中国最好的机器刚好在这个时间段。美国的机器布局太晚了，打了一个时间差。这也是国际超算发展经常出现的现象。
“超算实力等于国力”，美国在超算竞赛上绝不会轻易放弃。全球超级计算机排行榜TOP500发起人，美国工程院院士、橡树岭国家实验室及田纳西大学Jack Dongarra教授近期提出，美国Summit超级计算机已基本完成建造，预计今年6月在橡树岭国家实验室正式投入使用。这套最新的超算系统将拥有4600个节点，峰值运算能力突破每秒20亿亿次，比当前最快的超级计算机“神威·太湖之光“性能提升60%。
而中国将来要超越美国的这台机器，也要一个周期。
不仅要速度超快，还要重在应用
5.九州连线：“超算实力等于国力”，目前我国的超算达到了世界顶尖水平，想要在下一个周期中继续保持领先，您觉得我国在超算领域还有哪些亟待解决哪些的问题？
张云泉：虽然我国超算近两年在国际上取得了不错的名次，但是我国的超算仍然存在一些亟待解决的问题。
首先，我国超算利用效率低。
由于应用发展相对滞后，国内用于科学计算研究的超级计算机不到40%，用于金融业和制造业的比例也偏低。我国应用软件仍处于初级阶段，应用领域与软件研发存在脱轨现象。
其次，受制于国外垄断，目前超算应用发展滞后。
在超算应用比较多的制造业和基础科研等关键领域，大部分应用软件都被国外垄断。我国不仅支出巨额软件采购费用，软件升级还受制于外方。比如，航空系统一年花费两亿多元进口应用软件，有的软件只是在原软件的基础上“改一改、升升级”，就得花费几千万元。
6.九州连线：听您讲了我国超算目前存在的问题，深感超算发展的弦一刻也不能停歇，那您对我国超算目前存在的问题有没有建议和意见？
张云泉：对此，我觉得可以引用九三学社在全国政协十三届一次会议上的提案中的解决办法：
一是成立若干国家级超级计算并行应用软件行业工程中心。
制定我国超级计算机应用中长期研究规划和路线图；当前应着力开展艾级应用相关的基础问题和关键共性技术研究。此外，中心应以重大专项为牵引，集中多学科人才和资源，稳定研发方向和人才队伍。
二是转变“重硬轻软”思维，持续稳定支持超算应用软件研发。
调整财政支出结构，统筹协调全国超算研制计划和经费安排，软硬件经费投入比尽量做到1:1。
三是鼓励超算中心联合应用部门组建联合实验室。
实验室主任由应用方的学科带头人担任，超算中心提供高性能运算支持并指导或协助进行程序移植，自主研发大型并行应用软件，并通过应用在用户中培养人才。
四是重视计算科学学科建设和人才激励机制。
推广“超算理论＋多学科应用”课程，促进超算领域多学科交叉融合。对高水平软件科研人员实行兼职兼薪、协议薪酬等模式；采取内外部结合的评价机制，给予软件研发人员公平公正的评价和职务晋升通道。
7.九州连线：您刚才提到需要“通过应用在用户中培养人才”，未来对高性能计算人才的需求有多大？
张云泉：目前国家对这块的人才需求很大，但是人才远远跟不上。
因为超算是一个交叉学科，由计算机科学、计算数学、行业应用领域应用知识三方面构成，对人才要求非常高，尽量掌握三个领域的知识，才能把一件事情做好，开发出对一个领域有用的超级计算应用软件，这个事情对一个人来说很难达到。
往往很多人掌握一个方面，最多掌握两个方面已经很了不起了，能够掌握三个方面知识的人极其稀缺。
现在的大规模并行软件开发通常是在模型、并行算法设计和并行软件实现三个层面进行，三个层面互相配合才能解决问题。所以软件开发、工程推进都受到很大的影响，需要的资金也相应提高，开发周期也很长。
现在的问题是要重视计算科学方向，我们呼吁专门设立计算科学方向研究中心、研究所、专业。从培养人才之初，就让他能够跨多个领域，以此解决短板，这也是我们多年、多次向中科院领导、国务院领导写报告提出的意见。
超算的发展与我们的国家实力息息相关，同时与我们的生活休戚与共。虽然我国超算目前处于国际领先地位，但是各国部署超算的节奏不一，因此，一时的领先并不代表永远的领先，想要继续在超算甚至是超算支撑下的人工智能上遥遥领先，就要时刻绷紧超算的弦。在注重超算研发的同时，也要注重其应用，更要抓紧这方面人才的投入。
九州连线记者孙中婵与张云泉合影
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