我國(guó)首臺(tái)千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)——“天河一號(hào)”近日由國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制成功。在今天上午召開(kāi)的中國(guó)高性能計(jì)算機(jī)TOP100組織的例行會(huì)議中，該組織公布了2009年度中國(guó)高性能計(jì)算機(jī)前100強(qiáng)排名，“天河一號(hào)”高居榜首。
“天河一號(hào)”有哪些特點(diǎn)？其研制過(guò)程中的難點(diǎn)在哪里？巨型計(jì)算機(jī)對(duì)于一個(gè)國(guó)家的意義何在？就這些問(wèn)題，記者采訪了參與“天河一號(hào)”研制的國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)系的專(zhuān)家。
可以存下13億中國(guó)人每人一張照片
今天上午，在國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)面積近千平方米的巨大機(jī)房中，記者見(jiàn)到了“天河一號(hào)”。
103臺(tái)灰白色的計(jì)算機(jī)機(jī)柜整齊列陣，機(jī)身上的小指示燈漸次閃爍。機(jī)房中，每臺(tái)機(jī)位的上下兩個(gè)抽屜式電風(fēng)扇讓機(jī)房中充斥著陣陣涼風(fēng)。
在緊張工作的“天河一號(hào)”旁邊，“天河一號(hào)”工程辦公室主任李楠向記者介紹了“天河一號(hào)”的特點(diǎn)。
李主任告訴記者，“天河一號(hào)”的第一個(gè)特點(diǎn)是性能高。高性能首先表現(xiàn)為高運(yùn)算速度。“"天河一號(hào)"24小時(shí)的工作量，如果用現(xiàn)在最先進(jìn)的雙核高性能個(gè)人PC機(jī)來(lái)操作，需要整整160年才能完成。”另外，高性能也體現(xiàn)在其存儲(chǔ)量巨大，“天河一號(hào)”的存儲(chǔ)量可以達(dá)到1PB。“如果給全中國(guó)13億人每人拍一張高清晰度的數(shù)碼照片，在"天河一號(hào)"里可以全部存下來(lái)。”
另外，“天河一號(hào)”具有高效能。“其效能的高低，通俗來(lái)說(shuō)就是是否省電，也就是單位計(jì)算性能需要消耗多少資源。參照國(guó)際上關(guān)于高性能計(jì)算機(jī)效能GREEN 500組織在2009年6月公布的排名中，"天河一號(hào)"排名第五。這說(shuō)明"天河一號(hào)"的能效在世界上處于領(lǐng)先水平。”
其第三個(gè)特點(diǎn)是高安全性。李主任告訴記者，安全性對(duì)于任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)都非常重要，“尤其是對(duì)于巨型計(jì)算機(jī)來(lái)講，它的用戶主要是大的石油企業(yè)、氣象預(yù)報(bào)部門(mén)和各大銀行系統(tǒng)等，這些單位對(duì)于信息安全的要求都非常高。”李主任表示，對(duì)于普通的聯(lián)網(wǎng)PC機(jī)來(lái)說(shuō)，管理員擁有查看權(quán)限，可以進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)中的任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)的內(nèi)部。但是，對(duì)于“天河一號(hào)”來(lái)說(shuō)，只有用戶自己掌握密碼，系統(tǒng)管理員也不能進(jìn)入用戶的信息系統(tǒng)查看到任何信息。“打個(gè)比方，一個(gè)用戶如果擁有了"天河一號(hào)"的使用權(quán)，就相當(dāng)于某個(gè)人在銀行租到了一個(gè)保險(xiǎn)柜，唯一一把鑰匙就在這個(gè)人自己身上，銀行的工作人員和任何其他人都不可能打開(kāi)這個(gè)柜子。”
“天河一號(hào)”的第四個(gè)特點(diǎn)是易使用。“天河一號(hào)”在設(shè)計(jì)上采用刀片式結(jié)構(gòu)，每個(gè)機(jī)位都包含可以抽出的32個(gè)刀片，這些刀片上裝有電路板。“當(dāng)某個(gè)刀片上某點(diǎn)出現(xiàn)故障，計(jì)算機(jī)的錯(cuò)誤自查系統(tǒng)會(huì)迅速找到并定位錯(cuò)誤出現(xiàn)的刀片位置。然后，工作人員可以迅速將其抽出并進(jìn)行維修。此外，雖然“天河一號(hào)”其體積巨大、工作原理復(fù)雜，但是其操作界面和普通PC機(jī)相似，操作簡(jiǎn)便，而且可以與大部分國(guó)際上通用的軟件兼容。
巨型計(jì)算機(jī)研制困難重重
當(dāng)今世界，高性能計(jì)算已成為理論和試驗(yàn)之外的第三種科學(xué)研究手段，是推動(dòng)科技創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略高技術(shù)。各大國(guó)紛紛投入巨資研制開(kāi)發(fā)超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以提升綜合國(guó)力和科技競(jìng)爭(zhēng)力。
在2009年6月公布的世界超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)(TOP500)中，美國(guó)占據(jù)291席，歐洲占據(jù)145席，亞洲僅占十幾席。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)不僅在計(jì)算能力上相差一個(gè)量級(jí)，裝機(jī)數(shù)量也相去甚遠(yuǎn)。那么，要研制成功“天河一號(hào)”這樣的巨型計(jì)算機(jī)，研究人員面臨的最重要的技術(shù)難點(diǎn)主要有哪些？
“天河一號(hào)”工程重要參與者、國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院的李思昆教授告訴記者，任何一臺(tái)巨型計(jì)算機(jī)的研制都必須要解決以下幾大難題。
首先，在體系結(jié)構(gòu)方面。一臺(tái)計(jì)算機(jī)從百萬(wàn)億次到千萬(wàn)億次的躍升并不只是一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字上的變化，而需要在其體系結(jié)構(gòu)上進(jìn)行大量的創(chuàng)新和調(diào)整。“如果原來(lái)是10個(gè)人來(lái)完成某項(xiàng)工作，現(xiàn)在就相當(dāng)于要有100個(gè)甚至1000個(gè)人來(lái)完成一個(gè)工作。每個(gè)人的工作怎么分配、人與人之間如何分工合作、如何互聯(lián)協(xié)調(diào)就變得極其重要。否則，就很難保證1000個(gè)人的工作效率就比100個(gè)人高。很可能這1000個(gè)人的內(nèi)耗巨大，或者經(jīng)常需要返工，而導(dǎo)致工作效率低于100個(gè)人的效率。”要解決這些問(wèn)題，就需要設(shè)計(jì)出一套讓這數(shù)千個(gè)部件可以和諧互聯(lián)的體系系統(tǒng)。
第二點(diǎn)，是如何來(lái)應(yīng)對(duì)錯(cuò)誤。李教授告訴記者，“天河一號(hào)”有1萬(wàn)余個(gè)部件，從科學(xué)角度來(lái)講，故障是不可避免的，“這就需要設(shè)計(jì)出一套機(jī)制來(lái)保證某個(gè)部件的錯(cuò)誤不至于影響到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作，此外還可以盡快找到并排除錯(cuò)誤。”
第三點(diǎn)，就是要解決能耗問(wèn)題。巨型計(jì)算機(jī)的能耗極大，即使是效能已經(jīng)很高的“天河一號(hào)”，每小時(shí)的耗電量也達(dá)到1280千瓦／時(shí)。“一個(gè)美國(guó)科學(xué)家曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，"如果不解決能耗問(wèn)題，那么巨型計(jì)算機(jī)就只能和核電站建在一起了。"”而美國(guó)就打算把未來(lái)的巨型計(jì)算機(jī)建在海邊，因?yàn)楹穗娬拘枰煤Ｋ畞?lái)為核反應(yīng)堆降溫。
巨型計(jì)算機(jī)與國(guó)計(jì)民生息息相關(guān)
在“天河一號(hào)”機(jī)房的一臺(tái)顯示器前，記者看到了“天河一號(hào)”計(jì)算并預(yù)報(bào)的2009年8月9日襲擊臺(tái)灣的“莫拉克”臺(tái)風(fēng)的走勢(shì)圖。從這段動(dòng)畫(huà)中可以清晰地看到臺(tái)風(fēng)的中心、中心風(fēng)力和走勢(shì)，而這次預(yù)報(bào)被證實(shí)與后來(lái)的真實(shí)情況基本相同，準(zhǔn)確率極高。
除了氣象預(yù)報(bào)領(lǐng)域，巨型計(jì)算機(jī)在很多和國(guó)計(jì)民生相關(guān)的重要領(lǐng)域都發(fā)揮著舉足輕重的作用。
“天河一號(hào)”工程重要參與者、國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院竇文華教授為記者展示了一段美國(guó)總統(tǒng)信息技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)2005年6月對(duì)總統(tǒng)提交的報(bào)告，報(bào)告中說(shuō)：計(jì)算科學(xué)對(duì)國(guó)家保持科學(xué)研究領(lǐng)導(dǎo)地位、提高經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力以及維護(hù)國(guó)土安全發(fā)揮了重要作用。該委員會(huì)確信，計(jì)算科學(xué)是21世紀(jì)最重要的技術(shù)領(lǐng)域之一，因?yàn)樗鼘?duì)整個(gè)社會(huì)的進(jìn)步起著基礎(chǔ)性的作用。
而美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與通信部2004年11月也提交過(guò)以下報(bào)告：為滿足美國(guó)現(xiàn)在和未來(lái)的需求，政府部門(mén)應(yīng)該和國(guó)會(huì)一起在加速超級(jí)運(yùn)算發(fā)展和確保國(guó)家在持有多個(gè)強(qiáng)有力的軟硬件供應(yīng)方面擔(dān)負(fù)起主要職責(zé)。
從這兩份報(bào)告中，可以充分表明美國(guó)以及世界各國(guó)對(duì)發(fā)展巨型計(jì)算機(jī)重要意義的認(rèn)識(shí)。
此外，李楠主任還通過(guò)幾個(gè)例子，向記者展示了巨型計(jì)算機(jī)在國(guó)計(jì)民生各關(guān)鍵領(lǐng)域的支撐性作用。
在制藥領(lǐng)域中，巨型計(jì)算機(jī)出現(xiàn)前，一種新藥的問(wèn)世要經(jīng)過(guò)原理研究、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、志愿者實(shí)驗(yàn)等數(shù)個(gè)步驟，整個(gè)研制周期在15年左右。而如今，很多基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算工作都可以由巨型計(jì)算機(jī)來(lái)完成，一種新藥的研制周期可以縮短為3~5年。“一種新藥可以改變?nèi)祟?lèi)的命運(yùn)，比如盤(pán)尼西林，就以其廣譜抗菌能力，挽救了無(wú)數(shù)人的生命。”
在飛機(jī)制造領(lǐng)域，巨型計(jì)算機(jī)也發(fā)揮了不可替代的作用。以前，飛機(jī)確定外形需要在風(fēng)洞中進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)。“比如，某型波音飛機(jī)在確定外形前就在風(fēng)洞中進(jìn)行了3年的定型試驗(yàn)。而現(xiàn)在，通過(guò)巨型計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力和模擬技術(shù)，大量的實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算和模擬而省去，周期可以縮短到3~6個(gè)月。”
在石油勘探領(lǐng)域，巨型計(jì)算機(jī)也發(fā)揮著重要的作用。李主任告訴記者，1983年面世的“銀河一號(hào)”巨型計(jì)算機(jī)，其當(dāng)時(shí)研制的主要目的就是為了石油勘測(cè)。“我們當(dāng)時(shí)要從美國(guó)進(jìn)口相關(guān)的計(jì)算機(jī)，但是美國(guó)人不允許我們進(jìn)核心控制室。所以，國(guó)家當(dāng)時(shí)就下定決心要研制出自己的巨型計(jì)算機(jī)。”
可見(jiàn)，“天河一號(hào)”的誕生，是我國(guó)高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的又一重大突破，是國(guó)家和軍隊(duì)信息化建設(shè)的又一重要成果，標(biāo)志著我國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)研制能力實(shí)現(xiàn)了從百萬(wàn)億次到千萬(wàn)億次的重大跨越，我國(guó)成為繼美國(guó)之后第二個(gè)能研制千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的國(guó)家，對(duì)提升綜合國(guó)力具有重要的戰(zhàn)略意義。
另?yè)?jù)介紹，“天河一號(hào)”將于今年年底至明年在天津?yàn)I海新區(qū)安裝部署。投入使用后，國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心將成為我國(guó)首個(gè)具有千萬(wàn)億次計(jì)算能力的超算中心，也是世界上少數(shù)幾個(gè)具有千萬(wàn)億次計(jì)算能力的超算中心之一，將有力帶動(dòng)天津?yàn)I海新區(qū)高科技服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和高端信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展提供高科技支撐。
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