神威太湖之光丁楠 “神威·太湖之光”神在何处?
6月20日,德国法兰克福国际超算大会(ISC)公布了新一期全球超级计算机500强榜单,由国家并行计算机工程技术研究中心研制的“神威·太湖之光”运算速度夺得世界第一。更令人振奋的是,这套系统实现了包括处理器在内的所有核心部件全面国产化。
“神威·太湖之光”运算速度究竟有多快?它可以在哪些方面大显身手?核心部件的国产化意味着什么?国产超级计算机的推广应用还需要在哪些方面不断完善?记者带您寻找答案。
1分钟完成地球人32年计算
江苏,国家超级计算无锡中心。“神威·太湖之光”的机身就安放在一间约1000平方米的房间内。它由40个运算机柜和8个网络机柜组成,每个运算机柜比家用的双门冰箱略大。打开柜门,4块由32块运算插件组成的超节点分布其中;每个插件由4个运算节点板组成,一个运算节点板又含2块“申威26010”高性能处理器。据统计,一台机柜装有1024块处理器,整台“神威·太湖之光”共有40960块处理器。
这样一个“庞然大物”的运行速度究竟有多快?国际超算大会上传来的数据显示,“神威·太湖之光”系统的峰值性能为12.5亿亿次/秒,世界第一;持续性能为9.3亿亿次/秒,还是世界第一。
“简单来说,这套系统1分钟的计算能力,相当于全球72亿人同时用计算器不间断计算32年;如果用2016年生产的主流笔记本电脑或个人台式机作参照,‘太湖之光’相当于200多万台普通电脑。”对此,国家超级计算无锡中心主任杨广文作了一个形象的比较。
“每一块处理器相当于20多台常用笔记本电脑的计算能力,4万多块再组装到一起,速度之快可想而知。”
据了解,在全球超级计算机500强榜单上,名列前十的除了“神威·太湖之光”,还有中国的“天河二号”、美国的“泰坦”与“红杉”、日本的“京”、美国的“米拉”与“三一”、瑞士的“代恩特峰”、德国的“花尾榛鸡”和沙特阿拉伯的“沙欣II”。但在运算速度上,“神威·太湖之光”接近“天河二号”的3倍,美国“泰坦”的5倍,超过排名第二到第五的4台超级计算机运算速度的总和。
超级计算机500强排名发起人杰克·唐加拉表示,相比10年前中国只有28台超级计算机进入世界500强榜单并且名列30名以外,“在超级计算机历史上,中国进步的速度和广度前所未有。除了美国的领先地位被打破,中国的整体阵容也大大超越了其他国家。”
榜单上的成绩证明了唐加拉的看法。因为不仅排在前两名的计算机属于中国,整个500强榜单里中国入榜的超级计算机数量达到167台,超过美国的165台。
事实上,中国在1958年才刚刚开始在超级计算机领域的探索。从首台数字电子计算机——103机到1983年成功研制“银河”系列超级计算机,再到曙光系列、神威超级计算机,中国在这一领域的发展越来越快,成果越来越多。
预测天气检查身体更加准确
超级计算机为何需要拼速度?计算快能够带来更好的应用吗?
针对这一问题,中山大学数据科学与计算机学院院长钱德沛表示,计算机速度越快,性能越好,那么在应用过程中精准度就会越高,提升了检测和预判的准确性。
比如在预测天气方面,近年来准确度的提升就离不开超级计算机的功劳。北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院王兰宁教授表示,下不下雨关键看云层运动,在没有超算之前,观测云层的精度是按照经纬度。有了超算之后,就可对云层运动进行精确模拟与观测。
2011年,他在天津的“天河一号”上实现了观测精度10万公里的目标;随后,他又在“神威蓝光”实现了1万公里精度;今年,他在“神威·太湖之光”上实现了9公里精度。如今,他又在向着3公里精度努力。
更值得一提的是,“神威·太湖之光”系统可以在30天内完成未来100年的地球气候模拟,这在之前是不可想象的。有专家表示,以往过去2到3小时才能发出的海啸预警,现在最快十几分钟就可以完成。
除了预测天气,还有更多接地气的事情倚仗超级计算机来解决。
建一栋楼对周边的环境到底有什么影响?如何建设风道便于污染物扩散?中科院深圳先进技术研究院正在国家超算无锡中心进行的一项课题,就是深圳市污染物扩散的模拟。通过超算模拟,可以根据目前污染物的情况,计算出未来一段时间的大气污染物浓度和分布,进行空气质量预报。
“现在已经可以实现倒推排查究竟是哪个排放点导致了某次大气污染,未来将能够实现每个小区、每个居民点空气质量的准确预报。”中科院深圳先进技术研究院副研究员陈荣亮说。
而在医疗方面,超级计算机能够通过扫描真人的血管系统,运用3D建模技术建立动脉系统模型,成功地再现整个人体的动脉系统。陈荣亮近日便用“神威·太湖之光”对人体血流进行了模拟与分析。
“过去,对一个可能发生脑梗塞的病人,医院难以判断是否要进行支架手术,一般都会通过从大腿动脉处放进测压导丝进行测量,这种方式既危险又痛苦。如今,经过模拟计算,只要血流储备分数小于0.8,就要做手术。”陈荣亮说。
此外,钱德沛表示,不论是在石油勘探、生物信息、新药创新、材料化工,还是环境科学、船舶工程、航空航天设计、传统制造业改造等方面,超级计算机都可以发挥作用。
