大數(shù)據(jù)時(shí)代 廣州超算能否成為創(chuàng)新“新引擎” 

2014年底，全球超級計(jì)算機(jī)TOP500組織在美國正式發(fā)布了全球超級計(jì)算機(jī)500強(qiáng)最新排行榜，廣州超算中心“天河二號”超級計(jì)算機(jī)，以每秒33.86千萬億次的浮點(diǎn)運(yùn)算速度，第四次摘得全球運(yùn)行速度最快的超級計(jì)算機(jī)桂冠。2015年底，“天河二號”將提供每秒11億億次高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

　　大數(shù)據(jù)時(shí)代，廣州超算能否成為創(chuàng)新“新引擎”？近日，筆者采訪了國家超級計(jì)算廣州中心（以下簡稱廣州超算中心）“天河二號”研究團(tuán)隊(duì)及相關(guān)人員，以探尋國之重器“天河二號”背后的故事。

　　依靠大數(shù)據(jù)提升原始創(chuàng)新能力

　　在位于中山大學(xué)東校區(qū)的國家超級計(jì)算廣州中心。筆者看到占地約800平方米，由170個(gè)機(jī)柜組成的“天河二號”。

　　“如果把普通計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度比做成人走路，那么超級計(jì)算機(jī)就達(dá)到了火箭的速度。在極高的運(yùn)算速度下，人們可以通過數(shù)值模擬來預(yù)測和解釋以前無法實(shí)驗(yàn)的自然現(xiàn)象。就拿‘天河二號’來說，13億人用計(jì)算器算1000年才能達(dá)到‘天河二號’1小時(shí)的計(jì)算量?！睆V州超級計(jì)算中心常務(wù)副主任盧澤新說。

　　國家超級計(jì)算廣州中心于2013年11月由國家科技部正式授牌，總投資超過25億元人民幣，是國家“十二五”“863計(jì)劃”重大科技項(xiàng)目，由廣東省政府、廣州市政府、國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中山大學(xué)四方共同建設(shè)。

　　盧澤新自豪地說：“‘天河二號’是當(dāng)今世界上運(yùn)算速度最快的超級計(jì)算機(jī)，綜合技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平。它有五大特點(diǎn)：一是高性能，峰值速度和持續(xù)速度都創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。二是低能耗，能效比為每瓦特19億次，達(dá)到了世界先進(jìn)水平。三是應(yīng)用廣，主打科學(xué)工程計(jì)算，兼顧了云計(jì)算。四是易使用，創(chuàng)新發(fā)展了異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)，提高了軟件兼容性和易編程性。五是性價(jià)比高。”

　　近年來，廣東加快珠三角大科學(xué)工程創(chuàng)新體系建設(shè)步伐，積極爭取國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目落戶廣東，通過推進(jìn)重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)應(yīng)用，加快提升原始創(chuàng)新能力。

　　在盧澤新看來，強(qiáng)大的計(jì)算能力將更好的支撐大科學(xué)問題的研究。近5年來，獲得Gor-don Bell獎(jiǎng)的超算應(yīng)用所需要的計(jì)算資源都超過了1P，2013年獲得Gordon Bell獎(jiǎng)的超算應(yīng)用甚至實(shí)現(xiàn)了14P的計(jì)算峰值，占用了紅杉（位于美國勞倫斯利弗莫國家實(shí)驗(yàn)室的超級計(jì)算機(jī)，目前計(jì)算能力排名世界第三）約73%的計(jì)算資源。由此可見，大科學(xué)問題的研究對計(jì)算能力提出了更高的要求，只有“天河二號”這樣具有強(qiáng)大計(jì)算能力的超級計(jì)算機(jī)，才能更好的支撐大科學(xué)問題研究的計(jì)算需求，“大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，超級計(jì)算機(jī)的作用將會(huì)凸顯”。

　　盧澤新介紹，廣州超算中心“天河二號”主機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算能力為110P，目前一期系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到54.9P，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過天津（4.7P）、深圳（1.3P）、長沙（1.4P）和濟(jì)南（1.1P）等超算中心主機(jī)系統(tǒng)的計(jì)算能力。超級計(jì)算機(jī)可廣泛應(yīng)用于高新產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)、數(shù)字城市建設(shè)及科研等多種領(lǐng)域，成為融高性能計(jì)算、海量數(shù)據(jù)處理、信息管理服務(wù)于一體的世界一流的超級計(jì)算中心，為廣州、廣東乃至華南地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供強(qiáng)大引擎。

　　運(yùn)用超算中心為產(chǎn)業(yè)升級服務(wù)

　　然而無論是中國還是歐美、日本等超算大國，在超算中心商業(yè)化的問題上都遇到了困難，幾乎所有的超算中心都需要政府的財(cái)政支持。對于“天河二號”這樣龐大的系統(tǒng)來說，如何讓它為產(chǎn)業(yè)升級服務(wù)而實(shí)現(xiàn)商業(yè)化？

　　廣州超級計(jì)算中心主任袁學(xué)鋒認(rèn)為，目前世界上都在醞釀著所謂的第三次產(chǎn)業(yè)革命，其核心的內(nèi)容就是如何把信息技術(shù)的大數(shù)據(jù)向制造業(yè)、實(shí)體經(jīng)濟(jì)輻射。所以如何利用大數(shù)據(jù)將信息技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，是廣州超算中心在應(yīng)用方面的核心內(nèi)容，這也是衡量一個(gè)國家創(chuàng)新型經(jīng)濟(jì)競爭能力的核心內(nèi)容。

　　以當(dāng)下熱門的3D打印為例，就是通過材料實(shí)現(xiàn)了對制造業(yè)的顛覆性創(chuàng)新，從這一點(diǎn)來說廣州超算中心可以提供在材料和制造方面的高性能計(jì)算能力。

　　讓袁學(xué)鋒格外得意的是，目前廣州超算中心已經(jīng)與世界領(lǐng)先的基因公司華大基因展開基于基因科學(xué)的合作內(nèi)容，將醫(yī)療與基因工程集成化、個(gè)性化?！斑@其中牽扯大數(shù)據(jù)、高性能計(jì)算的東西，還有云計(jì)算技術(shù)等多項(xiàng)內(nèi)容，廣州超算中心則負(fù)責(zé)所有數(shù)據(jù)的匯總與分析。”

　　另外，中國商飛（中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司）已經(jīng)在天河二號上實(shí)現(xiàn)了C919的運(yùn)行模擬，這是一款與波音737類似的中型客機(jī)。

　　除此之外，廣州超算中心還負(fù)責(zé)廣東省的政務(wù)云系統(tǒng)，包括電子政務(wù)、電子教育、電子醫(yī)療、電子環(huán)境、電子災(zāi)害預(yù)報(bào)等內(nèi)容都將在“天河二號”上實(shí)現(xiàn)。

　　“天河二號”作為廣州超算中心的主機(jī)，如今它的運(yùn)用已滲入廣州多個(gè)產(chǎn)業(yè)。盧澤新介紹，廣汽研究院也是“天河二號”的用戶，以該院汽車設(shè)計(jì)為例，在超級計(jì)算機(jī)的幫助下，原來需要兩至三年的新車型設(shè)計(jì)，縮短到5個(gè)月完成，并可模擬實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)、防撞性能測試，大大節(jié)約了成本。

　　“智慧城市的建設(shè)也可以用到‘超算’。廣州有20萬個(gè)攝像頭，過去處于有事才找視頻的狀態(tài)，現(xiàn)在有關(guān)部門正與超算中心合作對這些信息進(jìn)行管理、控制，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后再加以利用，這將對城市建設(shè)產(chǎn)生很大幫助?！北R澤新表示。

　　隨著軟件技術(shù)開發(fā)的國際化，“天河二號”云服務(wù)應(yīng)用收獲積極成效。截至目前，云平臺(tái)共有用戶約20家。部分機(jī)柜與應(yīng)用單位通過專線連接，為用戶提供了高安全等級資源服務(wù)。主要服務(wù)領(lǐng)域包括：電子政務(wù)應(yīng)用——已適配完成了廣州市政府網(wǎng)站群、電子政務(wù)數(shù)據(jù)交換平臺(tái)等應(yīng)用，目前正在支持中山市電子政務(wù)應(yīng)用，同時(shí)作為省級教育數(shù)據(jù)中心主要資源池，廣州超算中心將為各類教育管理系統(tǒng)提供所需計(jì)算和存儲(chǔ)資源；動(dòng)漫渲染應(yīng)用——為動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)提供海量的計(jì)算資源，目前正在支持華強(qiáng)、奧飛、酷卡等多個(gè)用戶的渲染業(yè)務(wù)。

　　盧澤新表示，廣州在“天河二號”的開發(fā)過程中，還將在番禺南沙等地，建立超算分中心，利用光纖與位于大學(xué)城的主中心連接，更貼近的滿足企業(yè)實(shí)時(shí)運(yùn)算需求。

　　呼吁政府補(bǔ)助中小企業(yè)上機(jī)費(fèi)用

　　盧澤新認(rèn)為，數(shù)據(jù)開放可充分利用蘊(yùn)藏著的社會(huì)能量，調(diào)動(dòng)大眾的智慧。數(shù)據(jù)是知識生產(chǎn)和創(chuàng)新的資源，通過互聯(lián)網(wǎng)開放數(shù)據(jù)，就是將原來由部分社會(huì)精英壟斷的知識和創(chuàng)新資源，開放給大眾，進(jìn)一步調(diào)動(dòng)大眾智慧，推動(dòng)大眾創(chuàng)新。每個(gè)人貢獻(xiàn)一點(diǎn)點(diǎn)，大數(shù)據(jù)就可能還原事件的真相，或者推動(dòng)某種創(chuàng)新。例如，開源項(xiàng)目、開源社區(qū)、開放性創(chuàng)新聯(lián)盟組織的興起，有效降低了產(chǎn)業(yè)技術(shù)的壁壘，推動(dòng)更多的創(chuàng)業(yè)者介入。因此大數(shù)據(jù)時(shí)代“國之重器”應(yīng)該大展身手。

　　然而自2013年以來，大數(shù)據(jù)應(yīng)用基本上還是自發(fā)狀，并沒有形成燎原之勢。大數(shù)據(jù)現(xiàn)有技術(shù)水平的主要受益產(chǎn)業(yè)仍然主要是云計(jì)算的科研。用盧澤新的話來說，超級計(jì)算機(jī)可以“算天”“算地”“算人”，但最為迫切的是把它運(yùn)用到為經(jīng)濟(jì)服務(wù)上。在產(chǎn)業(yè)升級方面，大數(shù)據(jù)的市場發(fā)展前景是非常廣闊的。珠三角以及港澳地區(qū)，均有大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算需求。以廣州地區(qū)為例，共有規(guī)模以上醫(yī)藥企業(yè)86家，產(chǎn)值近180億元，均擁有極高的藥理試驗(yàn)性數(shù)據(jù)運(yùn)算需求。

　　筆者在調(diào)查中了解到，雖然“天河二號”的資源是完全向社會(huì)開放的，包括中小微企業(yè)等用戶，如果有超算的需要，未來都可在國家超算廣州中心的網(wǎng)頁上進(jìn)行申請，提交課題。但因?yàn)橘M(fèi)用門檻，中小企業(yè)申請者寥寥。

　　缺乏核心技術(shù)、產(chǎn)品附加值低是廣州實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的短板。如今廣州在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域擁有了“天河二號”，將迎來了突破核心技術(shù)短板的機(jī)會(huì)。未來的工業(yè)發(fā)展模式是信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)的高度融合，是網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)信息、軟件與自動(dòng)化技術(shù)的深度交織。廣州制造業(yè)基于過去30年發(fā)展已積累了一定的技術(shù)基礎(chǔ)和研發(fā)能力，抓住大數(shù)據(jù)這一機(jī)遇，完全有可能實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略性的重點(diǎn)突破、重點(diǎn)跨越，在制造業(yè)上實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展。

　　袁學(xué)鋒希望，政府對有需要的中小企業(yè)提供上機(jī)費(fèi)用補(bǔ)助?！爸挥挟?dāng)超級計(jì)算機(jī)的能力為社會(huì)廣泛應(yīng)用時(shí)，人人可以公平自由參與、競爭合作、創(chuàng)造分享，大數(shù)據(jù)時(shí)代才能發(fā)揮它應(yīng)有的作用。