山西日报数字报
第15版:网络商务
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超级计算机有什么作用

  6月8日,美国能源部OakRidge国家实验室公布了名为“Summit”的最新一代超级计算机,并宣称它是世界上最强大、最智能的超级计算机。其峰值运算性能达到200PFlops(FLOPS:floating-point operations per second,即每秒浮点运算次数),也就是每秒执行20亿亿次浮点运算,是迄今为止性能最强的超级计算机。
  在硬件层面,Summit使用了IBMAC922系统,它包含了4608个计算服务器,而每个服务器又包含了两个22核的IBM Power9处理器和6个NVIDIA Tesla V100 GPU加速器。此外,Summit还配备了超过10PB的存储空间(100万GB),以及高速、高带宽的数据传输系统。
  在此之前,中国已经在超级计算机霸榜超过5年的时间,而Summit的出现打破了这一局面。在2017年11月的世界超级计算机排名中,排名第一和第二的分别是位于国家超算无锡中心的神威太湖之光和位于中国超算广州中心的天河二号,其中排名第一的神威太湖之光的运算峰值能够达到12.5435亿亿次。

超级计算机有多重要

  超级计算已同理论研究和科学实验一起成为人类探索未知世界的三大科学手段,被称为支撑科学发现的第三个支柱。
  举个简单的例子,1983年研制的第一台银河超级计算机,让中国成为世界上少数能发布5-7天天气预报的国家,也是发展中国家的第一个。
  千万亿次计算机的出现,为中国高科技计划的实施提供了一个更为广阔的平台。某些特殊领域的现实需求,比如气候预报、环境控制、飞行器设计、系统生物学等,都需要千万亿次甚至更高性能的计算机。
  超级计算机运算速度的提高对于信息安全、核试验等需要尖端技术来支撑的军事领域来说,都具有重要作用。以核试验为例,现在很多的核试验都是模拟核试验,而不可能完全采用试爆的方式,那样造成的破坏以及面临的国际舆论压力会非常大。比如美国2010年9月15日在内华达州地下约300米的一处实验室实施的亚临界核试验,就是将这种实验室里得出来的数据和以前很多核试验的数据综合在一起,运用数学模型进行分析,然后得出来的参数和通过核试爆的效果基本上是相同的。而这就需要借助于超级计算机强大且快速的运算能力。
  超级计算机运算能力的提高在国防上还可以使精密的作战模拟成为现实,比如可以根据现实情况预设成千上万种作战方案,然后通过计算和分析得出最优化的方案。运算能力越强,可以预设的作战方案就越多,计算也就越快,分析出来的结果也更接近于实战的参数。此外,超级计算机的运算能力越强,还意味着信息安全领域的通讯加密和破译能力越强。

  超级计算机的核心技术有哪些

  不少人认为,构建超级计算机就是在做芯片处理的加法,处理器(CPU)越多,计算速度也就越快。事实并非如此。打个比方,三人共同协作完成任务,除去正常开展任务工作外,还需要耗费人力进行任务分解、任务分配、结果归总等管理工作。管理工作不科学,总体工作效率会大幅降低。所以,和普通计算机相比,超级计算机还有并行计算和异构计算两大难题需要解决。
  并行计算是指同时使用多种计算资源解决计算问题的过程,是提高计算机系统计算速度和处理能力的一种有效手段。它的基本思想是用多个处理器来协同求解同一问题,即将被求解的问题分解成若干个部分,各部分均由一个独立的处理机来并行计算。并行计算的目的是为了加快求解速度,扩大求解规模。
  异构计算是指使用不同类型指令集和体系架构的计算单元组成系统的计算方式。不同种类的处理器都有适合其处理的任务类型,比如CPU适合做串行、逻辑复杂度高的任务;GPU主要用于图形处理和矩阵运算,适合做简单、并行度高的任务;TPU(Tensor Processing Unit张量处理单元)是为机器学习定制的芯片,主要用于人工智能领域。

超级计算机在哪些领域发挥作用

  生命科学、流体空气力学、仿真、气象、气候、环境等是超级计算机传统的几大应用领域,而超级计算机如何与云计算、大数据、人工智能相结合是新的发展方向。
  目前在中国,超级计算机的应用领域涉及天气气候、航空航天、先进制造等众多方面,尤其在工程技术领域,意义重大。举个例子,中国的商用客机全机全参数气动优化设计,用2.4万CPU核开展了大型商用飞机全参数气动优化设计,在天河二号计算6天,完成了在其自身计算平台上约需要2年的工作量。

  未来超级计算机如何发展

  目前,美、日、欧、中都已宣布下一代百亿亿次超算研制计划,即E级超算,这是世界超级计算机领域公认的“下一顶皇冠”,将有望在全球环境污染、能源危机以及气候变化等重大难题上发挥巨大作用。
  国家“十三五”高性能计算专项课题公示了三个分别由中科曙光、国防科技大学以及国家并行计算机工程技术研究中心牵头的E级超算的原型系统研制项目,中国打算2020年如期建成E级计算机。
  E级超算项目最大的特点就是自主可控,即核心技术必须全部采用自主技术,包括核心处理器、互连网络与基础软件等。

  超级计算机离我们并不遥远

  在常人眼中,超级计算机是高不可攀的,普通人根本无缘得见,它只会用在国家级的大项目上,例如模拟核武器,天气预报,自然灾害等等。
  实际上超级计算机距离我们并没有那么遥远,国内不少超算都是向公众开放的,普通人也能使用。比如天河超级计算机已经在天津、长沙、广州、吕梁等多个城市进行了部署,每个普通用户都可以通过互联网直接申请计算资源和计算服务。

张卫伟整理

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