川報觀察記者 陳碧紅
你能想象，當數十萬個CPU(中央處理器)核心和加速部件同時連接在一起時，它的計算能力將會達到什麼狀態嗎？你能想象，當這個具備超算能力的“超級大腦”應用到日常生產生活中時，會如何改變眼前的一切嗎？你還能想象，相當於7層樓高的超級計算中心滿負荷運轉時，它的用電量等能耗比，竟然比一臺家用冰箱還低？
這些疑問，很快就能在成都超算中心找到答案。2月20日，四川天府新區成都科學城鹿溪智谷核心區內，成都超算中心正式進入全面加速建設階段。在這個佔地面積36畝的土地上，硅立方、動力樓、科研樓三棟建築拔地而起，預計在今年5月就將實現設備的聯調聯試，一個“超級大腦”即將誕生。
【超強算力】
數十萬個“大腦”同時運算 每秒運算能力達數十億億次
儘管還在建設階段，然而成都超算中心顯然已經引起了各界的極大關注。作為四川省和中國科學院聯手打造的重大項目，自2019年12月18日舉行開工儀式以來，過去兩個月時間裡，有意向和超算中心簽訂合作協議的企業和單位，就已超過300家。
超算中心，究竟有何魅力？
2月20日，記者來到成都超算中心建設現場。其門口擺放的一張規劃效果圖，讓人直觀強烈感受到了它的與眾不同：在一個半弧形的建築群中央，一個呈立方體造型的構築物，猶如一顆“超級大腦”在不停運轉，周邊的建築物源源不斷向它輸送“能量”，充滿了十足的未來科技感。而就在這張規劃效果圖的背面，三個鋼架結構的建築體正拔地而起，把這種無暇想象拉進現實。
這顆“超級大腦”，正是超算中心的核心構築——超級計算機的安身之所，它還有一個特別的名字——硅立方。成都超算中心項目現場負責人王建波博士介紹，超級計算機所有核心部件都將集中安置在硅立方中，其由無數個部件組成在一起，部件也可以被隨時拔出和插入，就像搭積木一樣層層有序堆疊起來，從而形成一個整體有機的超級計算體。
“超級計算機的基本組成組建與個人電腦並無太大差異，但是規格與性能則完全不是一個量級。”王建波打了個比方說，如果以普通住宅的高度來計算，成都超級計算機將相當於有7層樓高。“普通電腦只需要放在揹包裡帶走，而超級計算機則要專門建一棟樓來放置。”
相比於體積大，超算中心更重要的性能是算力快。據瞭解，成都超算中心作為即將建成的西部地區首個超級計算中心，其運算能力將達到每秒鐘數十億億次，成為西部地區的最強算力，並將積極爭取納入國家超算中心體系。
每秒鐘數十億億次的運算能力，是個什麼概念？儘管成都超算中心沒有對外披露具體數據，但曾有人對國家超級計算廣州中心“天河二號”的運算能力做過對比。2014年廣州超算中心投用時，一共裝有3.2萬顆主CPU和4.8萬個協處理器，當時“天河二號”的峰值計算速度達到每秒5.49億億次。該中心時任負責人就此曾打了個比喻，“假設每人每秒鐘進行一次運算，’天河二號’運算一小時，相當於13億人同時用計算器算上1000年。”
然而，相比於“天河二號”，成都超算中心這個“超級大腦”則由數十萬個CPU核心和加速部件同時進行運算，其運算速度由此可見一斑。
不過，要讓這個“巨無霸”實現穩定運行，卻並非易事。超級計算機在運轉時，設備將產生大量熱量。經測算，一顆CPU滿負荷運轉時和一個300瓦燈泡持續點亮所產生的熱量相當，而當數十萬個CPU集中運轉，其產生的熱量難以想象。
為了維持超級計算機的正常運轉，供電和降溫成為兩大關鍵。據瞭解，佔地36畝的超算中心將重點建設硅立方、動力樓和科研樓，其中動力樓就承擔起了強大的電力能源等支撐。另一方面，為實現快速降溫，成都超算中心通過利用特殊的處理技術，為每個芯片進行有效降溫。“這個能耗比，要比家用冰箱的指標還低，這也使得超算中心的技術達到了全球前沿。”王建波說。
【超寬領域】
“算天”“算地”“算人” 把更多不可能變成可能
每秒鐘的運算能力為十億億次、百億億次的超級計算機，看起來離人們的日常生活很“遙遠”，而實際上，超算在“算天”“算地”“算人”上通過持續服務於宇宙演化模擬、氣象預報、航空航天、抗震分析、生命健康等科研創新，已全面融入生活的方方面面。
對此，中國科學院計算機網絡信息中心、中國科學院計算科學應用中心等多個部門曾進行深入研究。以生命科學的藥物設計為例，傳統制藥行業中上市新藥是非常困難的過程，在美國，一種新藥上市往往需要花費超過10億美元並消耗10-17年時間。然而基於生物大分子三維結構的一系列計算方法，極大提高了藥物發現效率。隨著該技術應用，每種藥物平均開發成本減少了約1.3億美元，研發時間縮短了約1年。2016年，美國500強企業吉利德科學公司投資1.2億美元購買了一家制藥公司用於治療肝病的藥物，這款藥物完全是用利用軟件設計而來，其計算機設計加實驗驗證總耗時間僅1年，時間之短震驚業界。
國內的超算中心也在你追我趕。截至2019年，我國國家科技部批准建立的國家超級計算中心已達七家，分別位於天津、廣州、深圳、濟南、長沙、無錫和鄭州。隨著這些超算中心在大數據、雲計算和人工智能等領域開展深度融合，一系列衍生的應用開始走進人們的日常生活。
比如：超算平臺開發的精細數值天氣預報系統，能準確預測未來15天以上氣象變化情況。每12分鐘實時刷新未來6小時的氣象變化數據，讓災害性天氣的備災時間大幅增加；基於國家超級計算長沙中心的大數據，通過人工智能篩查機器人“大腦 ”中儲備的200餘種骨質疏鬆風險體徵問題庫，可精確“問診”骨質疏鬆症，3至5分鐘內就可提供個性化診療報告，準確率超過90%。
不僅如此，超算也非常適合動漫渲染以及影片的製作。以數字電影為例，《流浪地球》全片2003個特效鏡頭均由電腦製作合成。其中有一個俯瞰地球長達2分鐘的鏡頭，耗費了製作者半年時間才完成了包括動畫設計、搭建場景、後期合成等環節。而如果有了成都超算，則只需要6天即可搞定。
除了給應用場景帶來巨大變化，超算計算機對科技創新和經濟發展也有巨大推動力。位於天津的“天河一號”超級計算機，每天服務8000多個科研計算任務，“天河一號”為石油資源開發、裝備製造、生物醫藥等行業企業累計帶來經濟效益近百億元。
“隨著成都超算中心的建成投用，將加速促進培育產業生態圈創新生態鏈。”在成都科學城管委會創新能力部部長溫琦看來，當前成都在人工智能、大數據、動漫設計等新產業的飛速發展，對超算形成了海量需求，而伴隨著新技術和新業態的不斷湧現，超算中心在5G、生命科學、信息安全、虛擬現實、新材料等新技術領域將得到更加廣泛的應用，從而提升相關產業的能級。
不僅如此，成都全市現有四川大學、電子科大等高校64所，中科院成都分院等國家級科研機構30家，高校院所從事科學研究與超算密切相關，以超算中心為依託，可以迅速集聚更多領軍型科技創新人才，推動產生更多更好的科技成果。
“因為地理位置和產業佈局的因素，環興隆湖一圈的興隆湖產業園和與之毗鄰的‘獨角獸島’將會最先受益，也將由此提速成都科學城建設綜合性國家科學中心的步伐。 ”溫琦說。
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