2018年11月04日 | 中国芯显神威 “神威·太湖之光”书写自主创新传奇

         “中国要强盛、要复兴，就一定要大力发展科学技术，努力成为世界主要科学中心和创新高地。”今年5月28日召开的中国科学院第十九次院士大会、中国工程院第十四次院士大会上，习近平总书记发表重要讲话。由国家并行计算机工程技术研究中心研制、国家超级计算无锡中心运营的“神威·太湖之光”超级计算机，作为我国着力推进的战略高技术研究典范受到总书记表扬。

        四次蝉联世界最快超算，两度获得高性能计算应用最高奖“戈登·贝尔奖”，“神威·太湖之光”刷新世界对于“中国速度”的想象。更令人振奋的是，这套系统实现包括处理器在内的所有核心部件全国产化，25平方厘米的“中国芯”扬威世界。

        握有关键技术，不再受制于人

        习近平总书记在两院院士大会上指出：“实践反复告诉我们，关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。只有把关键核心技术掌握在自己手中，才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全。”总书记的这一重要论断，说到了中国超算人的心坎儿里。

        30多年前，中国的超级计算机用户有一个神秘的“玻璃房”：美国人把一台超级计算机卖给中国，用不透明的玻璃包裹得严严实实，中国技术人员没有授权不得入内。“以今天的眼光来看，那个所谓的超算，充其量只是一台高性能电脑，但对于当时的中国，却是一个难以企及的高峰。”国家超算无锡中心主任杨广文说。

        上世纪80年代，中国逐步迈入独立设计和制造巨型机的国家之列，但因核心处理器等关键部件与技术的短板，只能受制于人，虽是国外超级计算机的“大买家”，却无法拥有匹配的“议价权”。

        进入“十二五”，在国家863项目重点支持下，我国超算发展不断取得突破，中国制造的名单越来越长，这引起美国的警惕。2015年4月，美国政府宣布，禁止向中国的4家国家超算中心出售高性能计算芯片，意图通过限售锁死中国超算快速发展的脚步。

        正是这种封锁带来的刺激，促使我国下大力气研发全国产化的“神威”系列超级计算机。承载着几代中国超算人的梦想，2014年底，基于国产“申威SW26010”处理器的“神威·太湖之光”完成原型机测试；美国禁售令公布半年之后，“太湖之光”完成研发工作。

        2016年6月20日，德国法兰克福国际超算大会公布新一期全球超级计算机TOP500榜单，“神威·太湖之光”以超过第二名近三倍的运算速度夺得第一，1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。

        与“天河二号”使用英特尔芯片不一样，“神威·太湖之光”是首次完全用“中国芯”制造的中国最强大的超级计算机。只有5厘米见方的薄块“申威26010”，不仅是“神威·太湖之光”的心脏，也成为我国自主研发打破30年技术封锁的一柄利器。“中国在国际TOP500组织第47期榜单上保持第一名的位置，凭借的是一个完全基于中国设计、制造处理器而打造的新系统。”TOP500排行榜主要编撰人、美国田纳西大学计算机学教授杰克·唐加拉评价道，“2001年中国上榜数量还是零，但今天已经超过美国，没有其他国家有这样快的增长速度。”

        怀揣“中国芯”，超算显神威

        2016年11月17日，美国盐湖城，“神威·太湖之光”迎来登顶以来的重大考验——冲击世界高性能计算应用领域最高奖项“戈登·贝尔奖”，实现中国超算在此领域“零”的突破。

        “戈登·贝尔奖”被称为高性能计算应用领域的“诺贝尔奖”。自1987年设立以来，中国从未获得这一奖项，甚至连入围都未曾有过。在“神威·太湖之光”创造世界第一后，全球超算界都在质疑同一个问题：中国赢得超算“速度战”，还能不能赢得“应用战”？

        对此，国家超级计算无锡中心的科研人员有着外人难以察觉的自信。中心副主任付昊桓说，这不仅是因为“神威·太湖之光”一骑绝尘的超快运算速度，更在于基于这套全球领先的国产超算系统，一系列有可能深刻改变人类未来的重大应用成果已在中国率先完成：

        以清华大学为主体的科研团队首次实现百万核规模的全球10公里高分辨率地球系统数值模拟，这一成果将全面提高我国应对极端气候和自然灾害的减灾防灾能力；国家计算流体力学实验室对“天宫一号”返回路径的数值模拟结果，为“天宫一号”顺利回家提供精确预测；上海药物所开展的药物筛选和疾病机理研究，短短两周就完成常规需要10个月的计算，大大加速治疗白血病、癌症、禽流感等疾病的药物设计进度……

         “神威·太湖之光”没有辜负对它寄予的厚望。2016年，基于“神威·太湖之光”的全机应用“千万核可扩展非静力大气动力全隐求解器”一举摘得“戈登·贝尔奖”，实现三十年来我国在此大奖上“零的突破”；去年，两项应用再次入围“戈登·贝尔奖”，占全球入围项目的三分之二，其中的“非线性地震模拟”，在国际上产生巨大影响。

        短短几年，“神威·太湖之光”搭载的千万核全机应用已达20多个，完成20多个应用领域、200多项百万核大型问题的求解任务。TOP500榜单编撰人称赞“神威·太湖之光”：“毋庸置疑它是这个星球上最强大的数字运算机器。”

        在国家超算无锡中心，以高质量超算供给助推经济高质量发展，已成为广大科研工作者的职责和使命。

        今年4月，国内首个“超算云”在无锡中心正式发布，“云”上搭建CAE设计、电磁仿真、新药研发、动漫渲染、汽车设计、船舶设计、电机设计、风电仿真、深度学习、智能制造等10个产业化平台。在与实体经济的深度融合中，超算技术加紧为产业“赋能”。

        结合江苏省着力建设具有全球影响力的产业科技创新中心和具有国际竞争力的先进制造业基地的战略新定位，超算加快了产业化的步伐。目前，“神威·太湖之光”的用户数突破300家、主机账号1500多个，其中包括紫金山天文台、远景能源集团、中船重工702所等50多家江苏用户。以“神威·太湖之光”为“圆心”，一个世界一流的超算技术与产业发展深度融合的高性能计算应用生态圈在江苏大地已然成型。

        研以致用，培育高水平人才

        最近，一台名为“Summit”的超级计算机以峰值20亿亿次的计算能力成功登顶世界第一。“Summit”的制造者是美国能源部Oak Ridge国家实验室。据官方介绍，“Summit”的计算能力比“神威·太湖之光”要快60%。

        面对速度上的被超越，国家超级计算无锡中心的科研人员们却相当淡定。“对当前的中国超级计算机来说，最关键的不是技术问题，而是应用问题。”中心主任杨广文说，“神威·太湖之光”现在最重要的任务，是老老实实把这台机器用好，让自主创新品牌真正变成“金字招牌”。

        从2016年至今，杨广文和同事们一直致力于“用好”这台强大的超级计算机。问世以来，“神威·太湖之光”已有五项应用入围“戈登·贝尔奖”，平均利用率目前超过70%，标志着我国超算的速度优势开始逐渐向应用领域扩散。“我们和国家气候中心共建的数字气候系统，中国和‘一带一路’沿线国家2500万平方公里的气候数据都在‘太湖之光’上跑着，分辨率能精确到3公里。”

        实现“致用”的同时，国家超级计算无锡中心也没有放弃在“速度”上继续争先。“未来五到十年，从每秒十亿亿次到每秒百亿亿次是超算发展的决胜之地。”杨广文表示，从运算速度看，“Summit”和“神威·太湖之光”本质上仍是一个量级。要实现每秒十亿亿次到每秒百亿亿次的跨越，中国超算需要解决的技术关键环节非常多。以能耗为例，“神威·太湖之光”一年的用电量相当于三个清华大学的用电量，以现有技术即使能够实现百亿亿次，能源消耗也将十分惊人。

        再看应用，虽然近年来取得诸多重大突破性进展，但受制于软件开发的短板，我国超算在应用能力上与世界之巅还有不小的差距。

        建设世界一流的超算中心，创造一流的技术成果，需要一流的科研人才队伍。习近平总书记强调，谁拥有了一流创新人才，谁就能在科技创新中占据优势。

        硬实力、软实力，归根到底要靠人才实力。超算无锡中心一方面充分利用资源与政策优势，加强人才自主培养；另一方面与中船重工702所、中国航发商用航空发动机、国家气候中心等建立联合实验室，吸引国内外优秀团队来无锡中心工作，力争打造全国一流的高水平超算人才培养基地。

        青年是创新的未来。不久前，刚过而立之年的国家超算无锡中心主任助理、研发部副部长甘霖，携其牵头实施的“大规模冷冻电镜蛋白质重构”项目，第三次向“戈登·贝尔奖”发起冲击。项目申报书显示，这个研发团队平均年龄只有26岁。

        “作为新生代的中国超算人，我们深感形势逼人、挑战逼人、使命逼人。”甘霖说，新时代中国超算事业的发展，需要一大批有思想、有情怀、有责任、有担当的社会主义建设者和接班人。“不辱使命，不负重托。我们一定要以不懈的努力、全身心的投入，让‘神威·太湖之光’创造出世界一流的成果，为中国早日建成世界科技强国贡献力量！” （马 薇）

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        矢志不移走自主创新之路

        科技创新大潮澎湃，千帆竞发勇进者胜。

        从遭遇“玻璃门”受制于人，到研发“中国芯”领跑全球，“神威·太湖之光”的故事表明，当今世界，谁牵住科技创新这个牛鼻子，谁走好科技创新这步先手棋，谁就能占领先机、赢得优势。在全球科技创新的大赛场上，我们必须迎头赶上、奋起直追、力争超越。正如习近平总书记所强调的，“中国要强盛、要复兴，就一定要大力发展科学技术，努力成为世界主要科学中心和创新高地。”

        在日趋激烈的全球综合国力竞争中，我们没有更多选择，非走自主创新道路不可。中国超算30年的奋进史告诉我们，关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。只有把关键核心技术掌握在自己手中，才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全。只有以关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新为突破口，努力实现关键核心技术自主可控，才能把创新主动权、发展主动权牢牢掌握在自己手中。