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2010年1月10日 星期日

亞洲第一,全球TOP 5的超級電腦---「天河一號」

   
        由國際TOP500組織在美國俄勒岡州波特蘭舉行的超級計算大會,2009年11月18日正式發佈第34屆全球超級電腦前5600強排行榜,中國大陸首座千萬億次電腦「天河一號」名列世界第五、亞洲第一。這是中國大陸的超級電腦有史以來在國際排行榜上的最佳成績。


唯一非美國產品擠進Top10

        從1993年起,作為對全球已安裝的超級電腦進行排名的權威機構,國際TOP500組織以電腦實測速度(Linpack測試值)為基準,每年兩次發佈世界上最快的500台超級電腦。本屆位居榜首的是美國克雷公司製造的「美洲虎」(Jaguar),它是以每秒1759萬億次的實測性能和2331萬億次的峰值性能奪得冠軍寶座。

        此次首度進入前五名的「天河一號」,是由中國國防科技大學所獨立研發,最高運算速度和實測速度分別為每秒1206.19萬億次和563.1萬億次。在排行榜上公佈的全球前10台最快的超級電腦中,這是唯一的非美國產品。

        「『天河一號』第一次進入全球前五名,標誌著中國超級電腦的峰值性能達到世界先進水準。」中科院軟體所研究員張雲泉說,「同時,『天河一號』是第一台採用CPU/GPU混合異構系統的超級電腦,體現了體系結構的創新。」

500強美國就佔了半數

        在此之前,中國大陸所研發的超級電腦曾經兩度位居世界第10名,分別是命名為「曙光4000A」和「曙光5000A」的超級電腦。今年,除了「天河一號」之外,擠進進入排行榜前100強的中國產品還有「曙光5000A」和「深騰7000」超級電腦。排行榜同時顯示,在前500強中美國佔了277套,也就是說全球在使用中前500強超級電腦有55.4%在美國,顯見美國壟斷全球電腦科技和運用的實況。超級電腦的主要用戶還包括英國、德國、法國和日本等,中國大陸正在使用的超級電腦有21套,占全球的4.2%。

        張雲泉表示,無論是製造還是應用,美國都佔據著超級電腦領域的絕對優勢地位。歐洲應用廣泛但製造能力偏弱,中國在製造上較強但應用相對不夠。

軟體水準有待加強

        「應用比研發更難。」張雲泉說,中國超級電腦的性能雖然取得了巨大進步,但應用軟體的水準還有待提高,在金融保險、軟體和資訊服務業等領域的應用也需要大力拓展。

        隨著「天河一號」的問世,中國大陸成為世界上繼美國之後,第二個能夠研製千萬億次超級電腦的國家。作為中國國家超級計算天津中心的業務主機,「天河一號」將應用於石油勘探資料處理、生物醫藥研究、航空航太裝備研製等領域,為國內外用戶提供超級計算服務。


超級電腦和我有關係

        「天河一號」的研製成功,標誌著中國大陸超級電腦的自主研製實現了從百萬億次到千萬億次的歷史性跨越。相較於我們日常使用的個人電腦,這些運算速度動輒以萬億、十萬億、百萬億和千萬億次的超級電腦,和妳我的日常生活有什麼關係?

        「超級電腦似乎只和科學研究聯繫在一起。但事實上,在和大眾生活息息相關的各個領域,我們都可以看到超級電腦的身影。」中國科學院院士周興銘說。

到處都看得見

        很多人並不知道,人們習以為常的種種生活方式,都有超級電腦的參與。

網路服務:

        在網際網路日益普及的今天,不管是電子郵件、QQ、MSN、Facebook或是網購、逛大街,許多人的日常生活根本都離不開網路。面對全球數千萬、數億用戶的需求,必須有強大的伺服器才能瞬間傳載大量的資料和數據處理能力,而這正是超級電腦發揮作用的舞臺。高性能伺服器每秒鐘可以執行數千萬乃至數億次數據運算,及時提供用戶所需要的資訊和服務,保證服務品質。

天氣預報:

        颱風季節剛過,大家所關注的風象、溫度、雨量,甚至紫外線強度,這些攸關生活起居和生命財產安全的預報資料,也是由超級電腦計算而來。目前世界最高水準可預報8天,台灣和中國大陸為5至7天。但對於中長期預報,特別是氣候預報來說,因為天氣預報的計算需要10的18次方,也就是每秒百萬萬億次的速度,目前世界上的超級電腦仍然是無法滿足需求。舉例來說,從宇宙大爆炸算起到今天為止,據估計宇宙的年齡約為150億年,換算成秒大概就是百萬萬億秒。如果每秒鐘做一次運算的話,要計算中長期的天氣預測,就相當於從宇宙大爆炸起一直算到現在才能取得一筆資料。因此,目前世界上一個公認的說法是,天氣預報的時效每增加一天,氣象和電腦界需要努力10年。

生物制藥:

        中國大陸有一句身體保健的順口溜「管住嘴、邁開腿、吃點藥、多睡覺」,可見人除了吃喝拉撒睡之外,「吃點藥」還是我們日常生活的必需品。但是,一般人可能不知道,研製一種新藥是一個非常緩慢和繁複的過程,從化合物篩選到臨床試驗,一般需要10到15年的時間,許多疾病明明已經有了新藥物發明,但是由於未能及時上市而造成遺憾。現在,有了超級電腦運用在化合物篩選,以電腦類比的手段,科學家可以在較短的時間內從幾十萬甚至幾百萬種化合物中找出有效的藥物化合物,不僅節省了購買真實化合物進行實驗的大量資金,而且大大縮短了藥物研發的週期。

甩也甩不掉

        「科學技術的發展過去主要是靠理論和實驗,而今天,計算已經成為與之並行的第三大手段。」周興銘院士說,各種尖端的科學技術問題,都需要超級電腦的支撐,國民經濟中很多重要的產業也都已經離不開高性能電腦。

        中國大陸第一個使用超級電腦的行業是石油勘探,從上世紀80年代開始使用「銀河」系列電腦來進行模擬,決定用什麼方法把蘊藏在地底下的石油盡可能多地開採出來;另外,目前攸關駕駛人和乘客安全的汽車安全性的碰撞實驗,基本上也都要用到超級電腦,來進行實物碰撞實驗的先期類比;還有當前最熱門的積體電路設計,如何在一平方釐米大小的晶片上把幾億個、幾十億個電晶體連接成需要的電路、需要的性能,也要靠超級電腦幫助設計……

        「高性能電腦可以稱作一個國家的基礎設施。它本身代表著一個國家的高技術能力,同時也為今後其他領域高新技術的發展開創了一個更廣闊的空間。」周興銘說。

        據「天河一號」工程辦公室主任李楠介紹,上個世紀末期,西方發達國家的汽車、建築、金融、動漫等行業已經開始普及使用大型電腦。李楠舉例說,波音飛機的外形設計,過去一個型號要做足3年的風洞實驗,現在運用超級電腦後,設計週期縮短到了6個月。在頃刻間立見輸贏的股票、匯市等金融產品投資,運用超級電腦計算,可以精算到幾分幾秒的時機出手,以便獲利。李楠表示,中國大陸的商業用戶,在上世紀90年代後期,就開始使用進口的超級電腦。 近幾年來,超級電腦在中國的應用迎來了一個高峰期。

迎向無限遙遠的未來

        在可以預見的未來,超級電腦還會給生活帶來什麼樣的改變?

        雖然目前超級電腦的計算能力不直接面向用戶,李楠認為,隨著超級電腦的服務能力的拓展,很可能會誕生一個龐大的大型電腦服務產業,面向個人用戶提供服務。「比方說,未來的天氣預報可能進一步定時化,個人可以隨時詢問某個局部區域、在某個特定時間段的天氣情況。」李楠說。

        應用是無止境的。有技術,就會有應用,應用又會反過來推動技術的發展。 然而,與西方發達國家相比,應用上的差距,是大陸在超級計算領域最大的一塊「短板」。「超級電腦的真正效能是在各種用戶的使用中產生的,用了才能見效,如果得不到廣泛的實際的應用,僅僅追求高性能沒有意義」,「中國的人力資源非常豐富,每年大學畢業生就550萬人,每年培養的博士生有5萬人。高性能計算的應用軟體發展,正是要靠這些人才的聰明和勤奮。我們不光是造機器,而且要在用機器上捨得投資、多下工夫。」周興銘說。

        有學者曾說,超級電腦如同伽利略的望遠鏡,讓人們從觀察宇宙的不同維度中,發現了深刻影響人類社會的一系列規律。現在,通過超級電腦還能發現些什麼?沒有人能給出答案,因為,它可以深入到宇宙,深入到分子原子,深入到無限遙遠的未來。

取材自新華網2009.10.29

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