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中国超算提速 融合计算成趋势

添加时间:07月23日
“融合应该是一个趋势。我们不光看到传统的高性能计算与AI的融合,还看到计算架构的融合,也看到高性能计算?#19981;?#20197;云计算的方式来提供服务。”日前,在2019联想全球超算峰会上,中科院计算所所长孙凝晖说。

  “融合应该是一个趋势。我们不光看到传统的高性能计算与AI的融合,还看到计算架构的融合,也看到高性能计算?#19981;?#20197;云计算的方式来提供服务。”日前,在2019联想全球超算峰会上,中科院计算所所长孙凝晖说。

  在这次峰会上,联想发布了“深腾X9000融合计算平台”,以高性能计算集群(HPC)为核心,平台能够在一个集群中同时运行高性能计算与人工智能开发作业,提供统一的资源调度功能。这是联想瞄准了高性能计算的市场“蛋糕”,准备以“融合”的方式来破局。

  近年来,中国超算迅速发展。但如何让超算更好地为产业、生活服务一直是业内探讨的焦点。

  “早几年我们一直在说,国产超算,在?#24067;?#31995;统方面走得比较快,但在应用方面跟美国、欧洲、日本等,还有比较大的差距。”第34届国际超级计算大会主席、中国国家超级计算广州中心主任卢宇彤曾说,以前超算是以系统为中心,关注优化程序,追求更高性能,但是到了超算中心?#38498;螅?#24320;始向以应用为中心转变,让更多的行业领域能够更方便的使用超算。在人工智能、大数据和云计算等技术快速发展的环境下,超算与之也有了更深切的结合点。

  E级超算制高点“争夺战”

  毫无疑问,超级计算机正成为高性能计算式科技进步与科学突?#39057;摹?#21457;动机”。在最新的基础科学领域——诸如大气变化模拟、核聚变研究、生命科学、天体物理的研究中,超级计算机都在扮演越来越重要的角色。

  10年前,我国首台千万亿次超级计算机“天河一号”一期系统研制成功,?#28304;?#25104;为继美国之后第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家,并于?#25991;?#25688;取世界运算速度最快的超算桂冠。

  而如今,新一代百亿亿次超算也就是E级超算,成为各国在超算领域追逐的新目标。E级超算是?#35813;?#31186;?#23665;?#34892;百亿亿?#38382;?#23398;运算的超级计算机,被全世界公认为“超级计算机界的下?#27426;セ使凇薄?/p>

  E级计算到底有多快?“天河一号”的峰值运算速度为每秒4700万亿次,它运算1小时,相当于全国13亿人同时计算340年以上。E级超算的计算速度是“天河一号”的200倍,它运算1小时,相当于全国13亿人民同时计算7万年以上。

  中国高性能计算重点研发专项总体组组长、中山大学数据科学计算机学院院长钱德沛介绍,在E级超算上,各国都不愿放弃“制高点”。迄今为止,美国能源部已?#24230;?8亿美元建造三台E级超算,第一台A21将在2021年上半年上市;日本E级超算Fugaku的新一代ARM处理器已经完成,扩展了512位,内存采用了HBM(高带宽存储器)处理,“整个系统节点内存非常高”,计划于明?#26198;?#20986;试用;?#35775;?#20063;不甘落后,将在2023年左右建立欧洲的E级计算的基础设施。

  我国在E级超算领域也有布局。中国石?#25237;?#26041;地球物理公司研究院数据处理中心总工程师?#30340;?#21644;拿油气勘探举例,“如果没有高性能计算机的话,物探很多算法是实现不了的,也谈不上高精度勘探、高精度成像。”他说,做油气勘探?#23548;?#19978;就是给地球的近地表做CT(电子计算机断层扫描),?#30828;?#38598;开始就会产生海量的数据,对计算机的处理、存储?#21152;?#24456;大的挑战。而现在,生产的?#23548;市?#35201;对超算的高性能并行架构、算法等多方面都提出了更高的要求。

  “发展到融合计算是一个自然的进程”

  “未来十年是体系结构发展?#24179;?#26102;期”的观点得到了业内越来越多的认可,中国工程院院士李国杰认为,目前超算正面临“70年未有之大变局”。在能效增长远低于速度增长,尤其在业界普遍认为摩尔定律正日渐失效的背景下,可能出现一个全新计算机架构的“寒武纪”大爆发。

  联想集团高级副总裁、数据中心业务集团中国区总裁童夫尧认为,高性能计算为人工智能、大数据的崛起提供了计算引擎,而人工智能、大数据又带动高性能计算呈?#20013;?#30340;发展形态。“可以看出,在各个层次上的协同设计会成为高性能计算发展的关键点。”李国杰也认为,在人工智能飞速发展的当下,面向智能应用的超级计算机是未来二十年需要高度重视的研究方向。

  一个成功的案例是“初至波自动拾取”。地震发生后,地震观测点最先接收到的波称初至波。?#30340;?#21644;介绍,为了勘探石油,他们必须要进行初至波的拾取工作,过去完成一次初至波的拾取会产生30T的数据,“30T的数据得30个人连续干60多天,这其中全是重复劳动。”他说,有了“AI+HPC”后,用机器拾取每一秒钟可以拾取一千个点,效率大大提升。

  “计算发展到‘融合计算’是一个自然的进程。”联想集团首席科学家、?#26412;?#33322;空航天大学教授祝明发说,计算机性能提升的速度永远不及需求的增加,加快提升计算力,推动计算力共享,并?#26696;?#33021;”科研院所、行业、企业是当务之急,与技术、行业、生态的融合发展才能更好地发展科技。

  “自主可控不是一个可选项”

  从1978年,我国启动巨型计算机研制工?#35752;?#20170;,中国超算已经走过了40余年,期间?#24179;?#20102;多个“卡脖子”环节,硬生生闯出一条“新路”,走到了国?#26159;傲小?#20294;从全球范围看,尤其是和美国相比,我们仍有不少差距。

  这样的差距存在超算的各个部分,包括高性能处理器和加速器,特别是3D的内存、新型的存储器件、光交换和光传输等。?#23433;?#20037;,中科曙光、江南计算技术研究所等E级超算原型机的研制方被美国商务部列入“实体清单”,许多瓶颈技术再无法从国际上寻求突破。

  “在这样一个国际环境下,我们现在发展肯定要有一个底线思维,自主可控可能不是一个可选项,而是唯一的出路。”钱德沛说,在外部限制甚至封锁的条件下,如何继续发展中国超算,是我们面临的重大问题,虽然自主可控和开放合作并不矛盾,但只有自身强,有自己可以控?#39057;?#25216;术才有可能广泛地开展合作。

  钱德沛建议,除了重视体系结构的研究,下一步,我们应特别重视构建高性能计算的生态环境。“现在只能依靠我们自己的处理器来研制系统,?#30828;?#20316;系统语言、编译开始到应用软件的开发等,要尽快地通过技术辐射形成国产服务器的序?#23567;?#22914;果构建不起我们的生态环境,我们的技术就没有用。”

  目前,我国大型科学计算的应用软件基本上依靠进口。一些国家重大行业企业研发了部分应用软件系统,但多数停留于自研自用,缺少相应的产业化工作,商业推广应用能力不足。李国杰说,我国超算经费用于应用软件开发的还不到10%,约为美国的1/6。补齐软件短板的关键是人才,但目前能培养高性能计算软件人才的大学很少,需要加强。

  另外,“软件开发要走开源的道路”,钱德沛说,软件如果封闭在自?#19994;?#20301;里那很难成熟。同时,还要重视超算和新技术的融合。他认为,未来各种智能的加速部件都会以数据为中心构建,因此,AI、大数据等应用将对超算的体系结构产生影响。

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