维科技:超算中心频传进展 “国之重器”对中国意味什么

2019-04-01 13:45:33


中国超算济南中心一期项目日前完成全部主体结构与外立面装饰施工,该项目建成之后将服务于全球领先的E级超级计算机(Exascale)。“E级超算”是指百亿亿次超级计算机,被公认为“超算界下一顶皇冠”,目前中、美、欧、日四强正在这一领域角逐。神威E级、天河三号、中科曙光这三大“中国超算军团”频传新进展,对中国意味着什么?

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北京时间3月31日,中国国家超级计算济南中心一期项目完成全部主体结构与外立面装饰施工。从地基处理到主体结构与外立面装饰施工完成仅用时108天,一座11万平方米、带屈曲约束支撑的钢框架结构圆柱形超算中心主楼已然拔地而起。

济南超算中心科技园项目是经中国科技部批准成立的千万亿次国家超级计算中心之一,总建筑面积约61.7万平方米,主楼单层面积达到2.8万平米,一期项目主体建筑有1.3万余件钢结构构件,施工工期仅40天,平均每层钢结构安装时间仅2.5天,钢结构总量约2.6万吨,平均每天安装700吨。

该项目建成之后将服务于全球领先的E级超级计算机(Exascale),每秒钟可以进行百亿亿次的数学计算。公开报道显示,神威E级超级计算机原型机已于2018年8月5日在济南超算中心完成部署正式启用。

超级计算机被称为“国之重器”,伴随着新资讯科技时代及工业4.0的发展,超算技术已愈来愈被视为一个国家创新能力乃至综合国力的象征。超算强大的计算能力在诸如天气预报、新材料研发、生命科学基因分析、人工智能、核工业、军事、航空航天等多个关键领域发挥着愈来愈重要的作用。

当今世界,超级计算机已然成为科研人员解决人类重大问题的创新研究工具,全球多个国家正竞相研发运行速度更快的E级超算。随着竞争趋向白热化,超算领域已日益成为大国角力的新战场

“E级超算”是指百亿亿次超级计算机,被公认为“超算界下一顶皇冠”,目前中、美、欧、日四强正在这一领域角逐。基于投入巨大、分摊风险的考虑,中国E级计算机研制计划第一期主要为“关键技术”研究,并安排了三个E级原型样机的研制,第二期将具体研制E级计算机。

2018年8月5日,神威E级超算原型机在山东济南超算中心交付启用(图源:央视视频截图)

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2018年7月22日,天河三号E级原型机系统在中国超算天津中心完成研制部署(图源:央视视频截图)

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2016年7月20日,安装在中国超算江苏无锡中心的“神威太湖之光”超级计算机(图源:VCG)

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2018年6月8日,新一代超级计算机“顶点”(Summit)助美国夺回阔别近5年之久的全球超算500强冠军(图源:VCG)

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业内人士表示,E级原型机系统的研制成功可以验证一些关键的技术设想,对一些关键技术难点进行测试和改进,为最后建造全部的系统扫清障碍,避免出现大的技术错误和难题。在中国“十三五”高性能计算专项课题中,中科曙光、国防科大和江南计算技术研究所同时获批进行E级超算的原型机系统研制项目,形成了中国E级超算“三头并进”的局面。

当下,“天河三号”、神威E级、中科曙光被称为中国三大“超算军团”。从公开报道来看,前两台均计划在2020年完成研制部署,将先于美日等国跨越百亿亿次量级台阶。

2016年至2018年,被定为中国E级超算规划中的第一步——原型机研发阶段。

部署于济南超算中心的神威E级超算原型机由国家并行计算机工程技术研究中心联合中国超算济南中心等团队,经两年多关键技术攻关得以成功研制并部署投用。据悉,该原型机硬件、软件和应用三大系统中,处理器、网络芯片组、存储和管理系统等核心器件全部实现国产化;已完成包括全球气候变化、海洋数值模拟、生物医药仿真、大数据处理和类脑智能等12个领域的35项重大计算任务,未来应用前景广阔。

从公开报道来着,神威E级超算原型机系统软件由中国完全自主研发的神威睿思操作系统、神威睿智编译器等构建;运算系统全部采用“神威26010+”众核处理器,高速互连网络系统全部采用申威网络交换芯片、申威消息处理芯片,据称这些关键部件均具备完全自主知识产权;存储和管理系统由申威多核处理器构建,实现了“国产化替代”。

神威E级原型计算机首次在中国国产超级计算机上构建了人工智能软件生态链,基于神威深度学习库和框架,开展了对弈系统、医疗影像识别、机器翻译多个大规模人工智能应用,其中机器翻译应用的数据规模、并行规模和训练速度世界领先。

“天河”系列超算则一直由中国国防科技大学牵头天津超算中心研制。2015年4月9日,美国商务部宣布对包括中国国防科大和中国超算天津中心、长沙中心、广州中心在内的4家中国超算机构禁运Intel至强Xeon处理器和Xeon Phi加速器。

三年之后,“天河三号”E级超算原型机首次亮相于2018年5月在中国天津举行的第二届世界智能大会。“天河三号”超算有望于2020年研制成功,其运算能力将比“天河一号”提高200倍,存储容量提高100倍。

官方声音称,“天河三号”E级超算原型机系统采用自主研发的飞腾处理器、天河高速互联通信和麒麟操作系统,实现了芯片全国产化,取代了前代的英特尔芯片;“天河”系列超算已经全面掌握具有自主知识产权的四大芯片和自主操作系统,所有核心技术和产品均不再被海外“卡脖子”。

另外,“天河三号”E级超算原型机系统还实现了四大自主创新,涉及三款芯片——“迈创”众核处理器(Matrix-2000+)、互连接口芯片、路由器芯片;四类计算、存储和服务结点,10余种PCB电路板;新型的计算处理、高速互连、并行存储、服务处理、监控诊断、基础架构等硬件分系统;系统操作、并行开发、应用支撑和综合管理等软件分系统。

由中科曙光牵头的E级原型机于2016年7月4日宣布正式启动研制项目,该E级超算原型机采用了自主X86架构处理器和加速器的异构众核体系架构,有观点认为,X86处理器技术相对成熟,但要将其完美移植到E级超算上,达到较高性能,难度不小。2018年10月,曙光E级原型机系统完成交付,按计划将部署在中国超算上海中心和深圳中心。

至此,天河三号、神威E级、中科曙光这三大中国“超算军团”E级原型机系统全部完成交付。在原型机研发阶段完成后,中国三大“超算军团”的E级超算将通过PK确定其中两家胜出,并制造出两台真正的E级超算。

自上世纪20年代美国出现“超级计算机”这一概念后,美国、日本,以及欧洲在这一领域你追我赶,中国的加入更是使得这场超算之争更为激烈。中西各方在这个领域的你追我赶,使得这场没有硝烟的科技战争愈发精彩,也让人们日益看到了超算运算科研能力转化为应用优势的更多可能性。

于中国而言,虽然近年来在超算制造能力上进步显著,但是还是必须清醒承认一个现实:中国超算的应用能力尚远逊于制造能力。

科研的目的从来不是为了科技而科技,将运算科研能力转化为应用优势,对在全球超算之战中有着后发优势的中国来说是一个巨大的挑战,但更多的是机遇。

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撰写:刘言

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