WaiMen   发表于 2019-7-13 10:36:07 |栏目:

2019年4月,一张类似燃烧中蜂窝煤的照片传遍全天下——这是人类汗青上初次得见“黑洞”的真容。

实际上,关于黑洞的照片早在2017年4月历经十余天已拍摄完毕,以后,便是未来自举世8架射电望远镜网络到的数据举行麋集运算,其容量达到每晚2PB(1PB=1000TB=1000000GB)。

时针再往前,1997年和2016年发生过两次为人印象深刻的“人机大战”,由IBM开发的“深蓝”和由Google开发的AlphGo终极分别克服人类大脑,得到围棋比赛的胜利。

实验这些巨大盘算的主角有同一个名字——超等盘算机

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从最早盘算容量仅以K为单位,用于科研和国防古迹,到现在可以或许“算天算地算人”,并在世界上排名领先,超算在中国刚好度过了40年。

最新发布的举世高性能盘算机TOP500排行榜中,来自中国的“神威·太湖之光”和“天河二号”分列三、四位。关于下一代E级盘算(1 EFlops,百亿亿次盘算,每秒钟 可实验 1018 次双精度浮点盘算 )的研发天下比赛早已开始。

这项被称为“国之重器”的技能,在经历两次国际上的“出口管制”前实在便已开启国产替换步伐,现在,在新技能架构的窗口期,更快构建超算良性生态系统,寻找新一代盘算平台的落地方向,正成为告急课题。这对全天下高性能盘算人都意味着新的时机和挑衅。

“中国超算可能是继高铁之后,另一个可以走向天下运送服务的高新技能。”国际超等盘算济南中心主任张云泉如许向21Tech说道。

从无到有的超等盘算

在人类文明还没出现笔墨时,结绳记事作为早期的计数方式,存在过一个漫长的时期。足见盘算的汗青发展之悠久。不外盘算的高速发展,是从近半个世纪以来开始的。

超等盘算早期,是以美国IBM公司为代表的时代。

上世纪60年代左右,美国出于国防安全必要开始推动高性能盘算的发展,IBM 7030也是在当时间诞生。

在商用侧,IBM介入的范畴是人口统计,随着行业技能环境和产业需求的厘革,而在以后相继提出“电子商务”、“智慧星球”、“认知贸易”等一系列转型概念。

“早期IBM做的盘算机,根本就属于超算。”国家超等盘算深圳中心主任冯圣中先容道,实际上超算可以明白为是本日盘算机技能的源头。在超算这类大型机应用成功后,才渐渐将相应功能下移到PC、手机等更小型化的终端中。

作为第一代超算人,香港大学资讯科技服务助理总监关永强读大学的70年代,压根还没有盘算机相干专业。若不是办理工程题目的科研必要,他不会跑到港大电脑中心做兼职。随后的留院任教让他见证了超算从学术界起步探索的阶段。

这也是超算早期发展的两大重要着力点:前沿科研和国防军事。基于此,也令超算中心的重要运营模式为,政府资助支持、国防科研单位主导。

20世纪70年代则开启了举世超算大规模发展的大时代。

早期处于技能领先的是美国公司ControlData和Cray Research,而日本自80年代开启大规模政策补贴和产业支持,一度与美国旗鼓相当。这导致2002-2004年间,日本超等盘算机“地球模仿器”曾一连5次夺得举世超等盘算机TOP500排行榜桂冠。

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“地球模仿器”,图源:中国天气网

这期间,1978年中国启动首台巨型机“银河-I”研制,并于80年代初正式诞生落地。随着技能架构走向并行盘算模式,21世纪开始,举世超算格局开始有了厘革。

2010年,由国防科学技能大学研制的中国首台万万亿次超等盘算机“天河一号”初次拿下举世超等盘算机TOP500第一名;2013-2017年间,中国相干呆板一连盘桓在超算榜首位置。

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“超算拿第一后,对整个天下的超算生态都会带来影响。这意味着举世职位会提升、互助时机变多、自身水平也会提升。”张云泉向21Tech表明道,比如会提前观察到一些征象或困难,也会带来一些新的科学发现,尤其在综合国力和科学发现力气上,将起到支持作用。

冯圣中则先容,在新质料的研发上,超算就发挥着告急作用。“现在超算可能有30%的盘算本领都在支持类似质料计划的工作。”他进一步表现,一些看起来“脑洞大开”的需求,比如是否存在支持热缩冷涨的质料、石墨烯等质料的计划应用等,都必要通过超算装备运行发现。

或许也正因云云,在中国的超算发展之路上,曾经历过2次技能挑衅。

2015年2月,美国将国家超算长沙中心、国家超算广州中心、国家超算天津中心、国防科学技能大学四家实体列入出口管制“实体清单”,禁止美国企业对其出口相干芯片等产品和技能;

2019年6月,美国商务部又将中科曙光、海光、江南盘算技能研究所等五家实体列入出口管制“实体清单”。

现在,我国设立有6个国家级超算中心,重要包括神威、天河、曙光三大要系。2015年被针对的目标正是天河系相干机构。

不外比年来,中国超算系统在国产化替换方面都有不小的希望。如神威系自主研发的申威芯片,天河系自主研发的飞腾系列芯片等,都已相继落地超算装备中。据21Tech相识,此中神威体系的国产化独立研发已历时几十年,业内认为其自主可控做得更为彻底。

现在,超算的应用范畴也早已不限于科研和国防,其“算天算地算人”说法的由来,也在于超算可以支持包括景象观测、石油勘探、影戏渲染、精准医疗等范畴。

应该说,盘算历经的百余年来发展,促成了本日我们得见这个巨大又繁复的天下。不止于此,借助现在的超等盘算,我们还可以把触角伸向更多想到却碰不到、乃至反知识的范畴。

生态构建之路

来自外部环境的改变,无疑加速了中国超算自主化历程以及自身生态系统构建之路。

冯圣中就坦言,芯片本钱与量产水平密切相干。比如纵然国产芯片与英特尔所产技能水平完全同等,但后者产量大因此本钱偏低,这是前者现在并不太具备优势的地点。

“生态是现在最大的短板,但也不是完全不可破。只是生态的完全创建不是一蹴而就,是有阵痛期的。”他如是说道。

更大的生态在于对产业面的拉动。张云泉告诉21Tech,如何让超算良性发展并产生投资回报,是一个新课题。已往作为战略投资,国家对于超算并没有要求短期内产生巨大回报,“如何通过超算为中心,拉动产业链,让生态系统良性创建起来。破解成功,超算就可以走上良性发展门路。”

以济南中心而言,就从机构计划方面举行了新规划。张云泉向21Tech先容,到2020年,山东将建成国家超算济南中心和海洋国家实验室超算平台两大要系。此中后者建于青岛海洋国家实验室,重要针对高端科学盘算范畴,前者则重要面向贸易盘算。

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张云泉续称,济南中心操持建设超算科技园,愿景是打造算力工厂,希望未来盘算能成为水电一样的公共品,成为国家大科学装置聚集的高地。“重要为了孵化包括新一代信息技能为重点的产业,包括AI、云盘算、工业互联网等。固然也有待于人工智能产业的健康发展,能成功与各行业实现智能+生态,这是我们的一个期待。”

更早建设的国家超算深圳中心则经历了产业落地过程,从预期,到匹配,再到进一步升级的路径。

冯圣中先容道,在2008年深圳中心摆设初期,预想从四个层面梯级提供服务支持。其一是服务深圳市龙头企业,包括中广核、比亚迪、华为、复兴等;其二是服务深圳市中小企业;三是服务深圳和华南的社会发展,如景象、医疗、健康、环保等范畴;四则是底子科研。

但十年来的实践证明,落地服务实际上出现了一些厘革。“原来认为排在第三第四的需求,现在实在排在第一第二”,冯圣中表现,这十年来,深圳市的底子科研机构越来越多,社会发展范畴的需求非常茂盛,这是此前没有想到的。

相反,大企业确实有高性能盘算需求,但如华为等企业,实际上会自主搭建相干服务器和平台,并自主研发软件,自主消化了大部分需求。

中小企业部分,现在需求仍然不甚茂盛。缘故起因在于这类企业会思量到低落市场风险,因此对新技能的利用会以“跟随”心态为主,同时小企业的技能突破相对大企业较为单一,因此需求实际上并不大。

只是最近一年来,一些看起来规模不算大的企业与国家超算深圳中心开始了愈发麋集的互助,重要为人工智能类企业。

“这也是相互必要。中心这边有想法,必要新的方向快速发展起来;AI公司也有发展需求。”冯圣中向21Tech笑称,他本人与诸多互助的AI企业首创人另有校友的“密切”关系。

近期一则互助案例是,国家超算深圳中心与云天励飞团结发布AIOS操纵系统。据先容,该平台发布的初衷是,实现对数据管理、数据标注、算法训练以及算法应用举行全流程管理,并将此系统提供给各产业利用。

不外,已经成立十年的深圳中心,面临巨大的产业服务诉求,已经出现超期服役征象。冯圣中表现,超等盘算机终究属于电子产品,有一定生命周期。深圳中心现在面临着爆满并排队的征象。

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因此第二期操持也就箭在弦上。他告诉21Tech,相比现在,第二期规模将提升1000倍,性能提升1000倍,但体积仅增长几倍,能耗增长10倍。

“这意味着效能提高了100倍。二期现在紧锣密鼓推进,除了呆板研制,另有新机房建设都在快速推进;应用研发也不能掉队,不能等呆板来了再做匹配,要同步举行。”他先容道。

不外冯圣中还提到一点发现。“对底子科研越器重,对超算的需求就会越大。据我相识,美国一般高校科研院所大概30%的工作是与超算相干;但国内高校的均匀水平不到10%,固然拔尖的如中国科大、清华、北大等比例会凌驾30%。所以从国家发展角度来说,超算应用另有大量工作要做。”

从底层底子技能来看,举世半导体产业广泛面临一个新的挑衅——摩尔定律靠近失效。由此带来的,是高性能盘算技能发展速率将不复从前。

与此同时,正在到来的5G时代,意味着更巨大的数据生产量和处置惩罚量,寻找破局之法是产业界在谋求的新课题。

张云泉就向21Tech坦言,最新TOP500榜单也透暴露,浮点运算的增长速率和更新速率都在放慢,这意味着产业界对处置惩罚器的更新热情不再高涨。由于这不但意味着,纵然更换服务器,也未必能达到与从前类似的结果,而并行度更大以后,程序编写难度将更大,可靠性也成为困难。

我们面临下一个盘算平台是什么的题目,到底哪个技能能提高现在的半导体技能,是量子盘算、还是生物盘算、光盘算等。革命性的厘革在那边,如何继续让盘算速率可以或许按照摩尔定律发展?”他说。

学界和产业界都在寻找新的突破口。中国工程院院士李国杰就指出,未来十年是体系结构的黄金时期,下一个十年将出现全新盘算机架构的“寒武纪”大发作,学术界和工业界盘算机架构师将迎来一个激动人心的时代。

“传统的发展都是围绕摩尔定律研发,但是没有人关注性能结构,以后的改进则要依靠结构改进。最近这几年来看,只管有许多提法,但现在还没有看到新的革命性结果。”他云云表现。

新盘算世代的车轮滚滚向前,将由谁接着扛起大旗,有待产业界共同谋求突破。

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