中國(guó)HPC進(jìn)入活躍發(fā)展期

申請(qǐng)免費(fèi)試用、咨詢電話：400-8352-114

HPC在寒冬中回暖

由于受到幾乎波及全國(guó)的寒流的影響，11月初的深圳也有了北方初秋的感覺，海風(fēng)吹來(lái)讓人感到有些寒冷。

小趙是中山大學(xué)的研究生，他卻絲毫沒有感到任何涼意。他受自己所在實(shí)驗(yàn)室的委派，專門來(lái)到深圳參加第四屆國(guó)際基因組學(xué)大會(huì)，除了對(duì)于老本行基因?qū)W方面的內(nèi)容很感興趣外，他對(duì)于大會(huì)第二天的云計(jì)算分會(huì)也充滿了好奇?！跋裎覀?cè)谶M(jìn)行基因研究，除了生物方面的分析研究外，還有一個(gè)很重要的就是要對(duì)后期的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這個(gè)工作量是非常大的，兩者缺一不可，只有這樣才能構(gòu)成完整的生物信息學(xué)研究。”小趙透露，他所在的實(shí)驗(yàn)室由于缺少會(huì)編程、懂計(jì)算機(jī)的人，所以他們的很多后期數(shù)據(jù)分析都要交給專門的數(shù)據(jù)分析公司進(jìn)行處理，“一個(gè)項(xiàng)目要花幾萬(wàn)元錢，還得耗掉將近一個(gè)月的時(shí)間，而我們往往有十幾個(gè)項(xiàng)目在同時(shí)進(jìn)行，開銷不小啊?！币虼?，小趙很想向計(jì)算機(jī)方面拓展一下自己的能力，希望以后能具有復(fù)合型的科研能力。

第四屆國(guó)際基因組學(xué)大會(huì)由華大基因研究院（以下簡(jiǎn)稱“華大基因”）主辦，而“云計(jì)算與基因組”是這次大會(huì)的四大議題之一。在談到為何要舉辦這樣一次活動(dòng)時(shí)，華大基因云計(jì)算負(fù)責(zé)人方林告訴記者，在生物學(xué)界，基因測(cè)序技術(shù)的突破性發(fā)展對(duì)基因組學(xué)數(shù)據(jù)分析能力提出了挑戰(zhàn)，華大基因憑借自認(rèn)強(qiáng)大的運(yùn)算和存儲(chǔ)資源，推出了“華大基因生物云計(jì)算平臺(tái)”，就是希望最大程度地共享華大基因在基因組學(xué)數(shù)據(jù)分析方面豐富的經(jīng)驗(yàn)和軟件資源、海量數(shù)據(jù)和信息資源。

“過去的兩三年，在生物技術(shù)方面有了重大的突破，生物測(cè)序能力有了成千上百倍的提升。過去，一個(gè)項(xiàng)目需要工作人員連續(xù)88天24小時(shí)工作; 而現(xiàn)在相同的項(xiàng)目，兩周時(shí)間所獲得的數(shù)據(jù)是過去的40倍。而帶來(lái)的結(jié)果，就是我們后臺(tái)數(shù)據(jù)處理平臺(tái)的計(jì)算能力也有了一個(gè)爆炸性的增加，兩者缺了誰(shuí)，研究工作都有可能進(jìn)展不下去。”方林透露，華大基因目前在深圳的高性能計(jì)算中心的計(jì)算能力已經(jīng)達(dá)到了近40萬(wàn)億次，未來(lái)的目標(biāo)是達(dá)到百萬(wàn)億次。

除了傳統(tǒng)的石油物探、氣象、科學(xué)計(jì)算等領(lǐng)域以外，諸如華大基因這樣的從事生物基因研究以及從事動(dòng)漫制作或電子商務(wù)的行業(yè)，近些年來(lái)也開始涉足高性能計(jì)算領(lǐng)域。

徐易來(lái)自中影集團(tuán)電影數(shù)字制作基地有限公司，他正領(lǐng)導(dǎo)著自己的團(tuán)隊(duì)制作一部名為《長(zhǎng)江七號(hào)》的動(dòng)畫大片。他們正在中影集團(tuán)懷柔基地部署一套具有100個(gè)節(jié)點(diǎn)的高性能計(jì)算機(jī)，用于3D電影的后期制作。徐易的團(tuán)隊(duì)有60多人，他很希望能有更多的既懂計(jì)算機(jī)方面的知識(shí)，又了解動(dòng)畫制作的復(fù)合型人才加入到自己的團(tuán)隊(duì)中。“目前，這樣的人在我的團(tuán)隊(duì)里面是少之又少，我希望將來(lái)通過自己的努力能改變這樣的局面。”

徐易表示，目前他們使用的很多商業(yè)軟件都提供了一些優(yōu)化功能，但是他們經(jīng)常還會(huì)有一些特殊的需求，如果有了這樣的復(fù)合型人才，使自己的團(tuán)隊(duì)具備了軟件開發(fā)的能力; 他們就有可能在現(xiàn)有的功能上面進(jìn)行創(chuàng)新和延展，進(jìn)一步豐富和提高3D動(dòng)畫的制作能力。此外，在更高一個(gè)層面上，甚至還可以對(duì)3D動(dòng)畫生產(chǎn)流水線的管理水平帶來(lái)提升。

高性能計(jì)算咨詢委員會(huì)主席Gilad Shainer在10月28日舉行的“高性能計(jì)算咨詢委員會(huì)中國(guó)研討會(huì)”上表示，雖然之前受到了金融危機(jī)的影響，但是今年以來(lái)，高性能計(jì)算領(lǐng)域正在逐漸回暖復(fù)蘇。上海超級(jí)計(jì)算中心（以下簡(jiǎn)稱“上海超算”）首席科學(xué)計(jì)算工程師、高性能計(jì)算應(yīng)用技術(shù)部經(jīng)理王濤博士也向記者表示，今年以來(lái)，向上海超算提交計(jì)算任務(wù)的用戶呈現(xiàn)出爆炸性的增長(zhǎng)。11月1日發(fā)布的中國(guó)HPC TOP100排行榜也印證了中國(guó)高性能計(jì)算正在進(jìn)入一個(gè)活躍發(fā)展周期。

從榜單看發(fā)展

2009年10月29日，在2009年全國(guó)高性能計(jì)算學(xué)術(shù)年會(huì)（HPCChina 2009）上，中科院軟件研究所并行計(jì)算實(shí)驗(yàn)室副主任張?jiān)迫芯繂T發(fā)布了“2009年中國(guó)高性能計(jì)算機(jī)性能TOP100排行榜”。

除了國(guó)產(chǎn)的“天河一號(hào)”千萬(wàn)億次高性能計(jì)算機(jī)獲得榜首位置（歷史上首次出現(xiàn)峰值超過1PFlops的國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算機(jī)，并比預(yù)期的時(shí)間提前了一年）外，張?jiān)迫硎?，今年的榜單仍舊有許多閃亮之處。

據(jù)張?jiān)迫榻B，今年中國(guó)HPC TOP100的總Linpack性能已經(jīng)達(dá)到了2.2PFlops，全部上榜的高性能計(jì)算機(jī)的Linpack性能超過了6.8Tflops; 榜單上有96臺(tái)采用的是機(jī)群架構(gòu)，其中前10名里9臺(tái)是4核機(jī)群, 8臺(tái)是刀片系統(tǒng)。

榜單顯示，國(guó)內(nèi)廠商制造的機(jī)器數(shù)量占上榜裝機(jī)數(shù)量的45%，比2008年的43%有小幅上升，曙光公司歷史上首次奪得中國(guó)TOP100數(shù)量份額第一名，打破了國(guó)外廠商連續(xù)保持中國(guó)TOP100數(shù)量份額第一名的記錄。從Linpack性能來(lái)看，國(guó)產(chǎn)機(jī)器的性能比例為59.31%，比2008年的55.93%小幅提升。而國(guó)外機(jī)器從2008年的44.07%小幅下降到40.69%。國(guó)防科技大學(xué)歷史上首次奪得中國(guó)TOP100總性能份額第一名。

張?jiān)迫硎? “中國(guó)HPC應(yīng)用主要分布在能源、游戲、科學(xué)計(jì)算、大氣氣象、工業(yè)、政府部門、教育、電信、生物信息、地震、電子商務(wù)、動(dòng)漫制作、金融保險(xiǎn)和視頻計(jì)算等14個(gè)領(lǐng)域。從上榜機(jī)器數(shù)量上看，能源領(lǐng)域仍舊是第一，占到20%，但是比2008年的35%有大幅下滑; 游戲領(lǐng)域占到了15%，第一次進(jìn)入前三名; 科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域小幅上升，占到14%，保持第三。從機(jī)器Linpack性能上看，工業(yè)領(lǐng)域排名第一，游戲和科學(xué)計(jì)算分列第二、三位。綜合來(lái)看，能源、游戲、科學(xué)計(jì)算、工業(yè)等是HPC的主要用戶，電子商務(wù)作為HPC的新興應(yīng)用領(lǐng)域在中國(guó)TOP100上首次出現(xiàn)?！?/P>

今年的排行榜中，首次出現(xiàn)Linpack效率超過90%的機(jī)器，分別是IBM公司為南京大學(xué)提供的刀片機(jī)群和無(wú)錫江南計(jì)算技術(shù)研究所為中國(guó)氣象局提供的神威4000A，這兩套系統(tǒng)都采用了英特爾Nehalem 5500系列處理器和Infiniband技術(shù)。

張?jiān)迫J(rèn)為，目前TOP100總體性能已經(jīng)超過2000萬(wàn)億次（PFlops），表明中國(guó)高性能計(jì)算機(jī)市場(chǎng)繼續(xù)穩(wěn)步增長(zhǎng); TOP100平均性能突破22萬(wàn)億次，與國(guó)際水平差距仍為一年半; 榜單中有96套系統(tǒng)采用機(jī)群結(jié)構(gòu)，表明中國(guó)高性能計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)創(chuàng)新變得更加嚴(yán)峻，何時(shí)能夠出現(xiàn)采用國(guó)產(chǎn)通用芯片的PFlops機(jī)器以及Linpack突破1PFlops大關(guān)的機(jī)器值得期待。

千萬(wàn)億次的憂慮

伴隨著勇奪排行榜第一的喜訊，國(guó)防科技大學(xué)的工作人員在2009年高性能計(jì)算學(xué)術(shù)年會(huì)的現(xiàn)場(chǎng)，專門擺放了“天河一號(hào)”高性能計(jì)算機(jī)的部分樣機(jī)。每到會(huì)議間歇期間，就有眾多參會(huì)代表將這臺(tái)“龐然大物”圍得里三層外三層，大家都非常興奮，對(duì)這臺(tái)大家伙充滿了好奇，不斷地向工作人員咨詢各方面的問題。

千萬(wàn)億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)意味著什么？意味著“天河一號(hào)”計(jì)算一天，目前一臺(tái)配有主頻為2．5GHz、雙核CPU的臺(tái)式電腦就需要計(jì)算160年。160年絕對(duì)是一個(gè)能夠刺激大眾神經(jīng)、能讓人興奮的數(shù)字。但是參加本次大會(huì)的許多HPC專家和學(xué)者，在為中國(guó)計(jì)算機(jī)制造技術(shù)喝彩的同時(shí)，也表達(dá)出了某種隱約的憂慮。

王濤向記者列舉了一組數(shù)據(jù)，美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)計(jì)算作業(yè)中，運(yùn)行在3萬(wàn)個(gè)CPU核以上的任務(wù)占到了50%，而在上海超算，60%的科學(xué)計(jì)算運(yùn)作都是在16個(gè)核以下，中國(guó)HPC的應(yīng)用水平與國(guó)外先進(jìn)水平還是有較大差距。

而造成這種差距的原因，業(yè)內(nèi)很多專家都認(rèn)為，是來(lái)自“軟”的方面。北京應(yīng)用物理與計(jì)算數(shù)學(xué)研究所袁國(guó)興研究員認(rèn)為，支撐高性能計(jì)算的兩大條件是高性能計(jì)算機(jī)和高性能的軟件程序。在他看來(lái)，前者隨著“天河一號(hào)”的誕生，表明中國(guó)已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平。但是對(duì)于后者，他并不是很樂觀?！耙恍﹪?guó)家正在研制和開發(fā)高逼真度、可檢驗(yàn)、高效的三維預(yù)言性程序，美國(guó)NASA已經(jīng)有類似的規(guī)劃并投入了大量資金。而國(guó)內(nèi)很多高性能計(jì)算用戶大量使用的商用軟件或開源自由軟件，只是目標(biāo)程序。很難對(duì)物理假設(shè)、簡(jiǎn)化、參數(shù)、計(jì)算格式、算法進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。計(jì)算規(guī)模不但受限制，計(jì)算精度、分辨率也不高，許多關(guān)鍵應(yīng)用因此而受到限制?！?/P>

袁國(guó)興認(rèn)為，要想改變中國(guó)高性能計(jì)算軟件落后的狀況，首先要提高HPC軟件開發(fā)、研制的力度，要有一個(gè)重要性、艱巨性和長(zhǎng)期性的認(rèn)識(shí); 其次是要從國(guó)家的高度，從學(xué)科建設(shè)的角度制定長(zhǎng)遠(yuǎn)、明確的規(guī)劃和目標(biāo); 第三是要加大軟件投資力度; 第四是處理好繼承和創(chuàng)新、引進(jìn)和自主研制的關(guān)系; 最后，他還希望能在專門機(jī)構(gòu)的領(lǐng)導(dǎo)下，定期開展學(xué)術(shù)交流，通過匹配的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和計(jì)算環(huán)境滿足數(shù)值模擬及軟件研究的需要。

孫凝暉是中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所研究員，他的眼光更是長(zhǎng)遠(yuǎn)，甚至放到了未來(lái)百萬(wàn)萬(wàn)億次計(jì)算技術(shù)對(duì)于中國(guó)高性能計(jì)算的挑戰(zhàn)。孫凝暉認(rèn)為，計(jì)算功耗比、超大規(guī)模并行計(jì)算、與計(jì)算能力相匹配的計(jì)算應(yīng)用需求、革命性的編程語(yǔ)言等問題都將是影響中國(guó)高性能計(jì)算發(fā)展的重要因素。

“要為中國(guó)的高性能計(jì)算打造一個(gè)良好的‘生態(tài)環(huán)境’，對(duì)算法研究和軟件編程加大投資，需要在全國(guó)范圍內(nèi)對(duì)國(guó)家計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化布局，根據(jù)應(yīng)用的需求確定相應(yīng)高性能計(jì)算機(jī)的特性，避免中國(guó)高性能計(jì)算機(jī)日趨同質(zhì)化?！睂O凝暉說(shuō)。

王濤告訴記者，上海超算中心已經(jīng)發(fā)起了一個(gè)科學(xué)應(yīng)用規(guī)模倍增活動(dòng)，希望通過自身的實(shí)際行動(dòng)打造一個(gè)良好的高性能計(jì)算“生態(tài)環(huán)境”?！按笠?guī)模計(jì)算是超級(jí)計(jì)算機(jī)存在的主要目的，我們的這個(gè)計(jì)劃就是為了推廣大規(guī)模計(jì)算在中國(guó)HPC領(lǐng)域中的應(yīng)用，我們將為用戶提供部分計(jì)算經(jīng)費(fèi)補(bǔ)貼，以此增加用戶計(jì)算規(guī)模，同時(shí)我們會(huì)向用戶提供自編高性能計(jì)算程序優(yōu)化。同時(shí)我們希望和國(guó)內(nèi)有志開發(fā)高性能計(jì)算應(yīng)用軟件的工程師或者公司合作，共同來(lái)發(fā)展中國(guó)高性能計(jì)算軟件，擺脫當(dāng)前受制于國(guó)外軟件廠商的困境?！?/P>

HPC也要轉(zhuǎn)型服務(wù)

據(jù)了解，“天河一號(hào)”未來(lái)的落腳點(diǎn)是天津，為濱海新區(qū)內(nèi)的各類研究機(jī)構(gòu)、企事業(yè)單位服務(wù)。聯(lián)想集團(tuán)首席科學(xué)家祝明發(fā)就表示，未來(lái)高性能計(jì)算會(huì)朝著“服務(wù)”的方向發(fā)展。

在祝明發(fā)看來(lái)，信息技術(shù)正在成為標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)技術(shù)，而網(wǎng)絡(luò)計(jì)算將成為一種服務(wù)計(jì)算。他認(rèn)為，從Alliant、Convex到MIPS、Sun一系列失敗的教訓(xùn)中，可以總結(jié)發(fā)現(xiàn)，高性能計(jì)算的發(fā)展必須依托IT產(chǎn)業(yè)的服務(wù)。

Mellanox公司應(yīng)用程序性能部經(jīng)理劉通表示，高性能計(jì)算正在從過去某個(gè)應(yīng)用程序的專屬硬件設(shè)備向服務(wù)供應(yīng)商的角色轉(zhuǎn)變。而且這種轉(zhuǎn)變能夠帶來(lái)更大的生產(chǎn)力、更強(qiáng)的易用性和更高的效率?！敖?jīng)過分子動(dòng)力學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，高性能計(jì)算即服務(wù)（HPCaaS）是可行的。高性能計(jì)算作為一種服務(wù)能夠取得更大的系統(tǒng)靈活性，每一個(gè)應(yīng)用程序無(wú)需專用硬件資源，可以大大簡(jiǎn)化使用模式，動(dòng)態(tài)分配任務(wù)?！?/P>

曙光公司副總裁聶華站在上海超算這樣的超級(jí)計(jì)算中心的角度，認(rèn)為未來(lái)的高性能計(jì)算更像是一種“公共服務(wù)”?！罢鲗?dǎo)的新型超算中心建設(shè)將進(jìn)入快速發(fā)展階段，超算中心會(huì)成為國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的一部分，‘公共服務(wù)’會(huì)成為未來(lái)超算中心的基本屬性。隨著高性能計(jì)算應(yīng)用范圍不斷細(xì)分，超算中心的模式也將不斷拓展，例如面向教育和科研領(lǐng)域用戶的科學(xué)計(jì)算應(yīng)用的科研類; 提供計(jì)算、存儲(chǔ)和軟件資源，對(duì)企業(yè)用戶提供服務(wù)，按需付費(fèi)的企業(yè)類; IT投資集中，建設(shè)成政務(wù)信息共享、交換中心的政務(wù)類; 面向金融、證券行業(yè)海量數(shù)據(jù)挖掘的金融類; 面向政府或大型企業(yè)，提供數(shù)據(jù)和應(yīng)用的災(zāi)難備份與恢復(fù)服務(wù)的災(zāi)備類; 進(jìn)行線上交易平臺(tái)與商務(wù)智能的電子商務(wù)類: 從事海量互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的處理和分析的數(shù)據(jù)處理類?！?/P>