“大国重器”应用为先支撑创新,星辰大海再赴征程

作为国家重大科研基础设施，超级计算机是真正意义上的“大国重器”。当前，我国超算事业已走过了40余年的发展历程，不但实现了自主创新的诸多“第一”突破，而且接连几代超算还登上了世界速度巅峰。随着根基逐渐打牢，我国超算事业上接天气、下接地气，加快服务于产业创新，正在构建起产业发展的核心支撑力。

从“银河”的历史性突破，到“天河”“神威”等一系列超级计算机向世界展现“中国速度”，过去40年，依托国家级超算中心建设，在国家和地方的协同支持下，中国超算事业发展进入了快车道，支撑着诸多产业实现发展突破。

超算中心星罗棋布
前不久，中科曙光、天津海光、成都海光集成电路、成都海光微电子技术和无锡江南计算技术研究所5家机构被美国商务部列入所谓“实体清单”。中科曙光与江南计算技术研究所正是两家E级超算原型机的研制方。

我国超算事业尤其是E级超算研发是否会就此停滞？这是外界最为关心的话题。相关专家向记者透露，一方面，我国超算事业正在形成整体发展优势，不会因为个别企业被封锁就陷入困境；另一方面，加快自主创新早已成为超算业界发展的共识，独立研制E级超算已经在进行中。

回顾这些年发展历程，我国超算事业从无到有，当前更进一步向着超算大国、强国不断迈进。截至目前，我国先后在天津、长沙、广州等地建成6家国家级超算中心，为创新驱动发展提供了新动能。

早在2009年5月，科技部批准成立国家超级计算天津中心，随后又批准成立了深圳、济南、长沙、广州、无锡国家级超算中心。“天河一号”“神威蓝光”“曙光星云”“天河二号”“神威·太湖之光”等一批超级计算机在这些国家级超算中心完成部署和应用，开创了中国自主超级计算技术创新与产业化的跨越式发展新历程。

位于天津开发区的国家超算天津中心成立最早，这里部署着我国首台千万亿次超算“天河一号”。天津滨海新区区委书记张玉卓表示，自2008年滨海新区与国防科技大学签署全面科技合作协议以来，双方走出了一条军民融合发展创新之路，“‘天河一号’不但广泛应用于经济、科技等诸多领域，而且为科技创新产业发展提供了有力支撑。”

国防科大副校长黎湘说，围绕超级计算技术创新成果转化，天津逐步建立起从高性能芯片、自主操作系统、高性能服务器、数据库等较为完善的自主信息产业，成为高端信息技术创新、转化和引领的示范基地。

从“银河”的历史性突破，到“天河”“神威”等一系列超级计算机在世界范围内叫响“中国速度”的品牌，过去40年是中国超算事业不断突破的40年。在实践中，依托国家级超算中心建设，在国家和地方的协同支持下，中国超算事业发展进入了快车道。

“超级计算机已成为体现国家创新能力的国之利器。”科技部高新司副司长梅建平表示，我国将研究建设完善国家超算基础设施，从全国一盘棋来设计和整体布局，支持在重点区域建设国家级超算中心，“希望这些超算中心连接起来，成为真正的国家超算网络，形成全国超算资源共享的新格局。”

应用为先支撑创新

与欧美超级计算机大都安置在重点实验室，主要服务于学术机构及高校不同，我国超算“开门”搞科研，注重加快技术创新与应用创新的深度融合，攻关重大应用领域，锻造产业发展不可或缺的“国之利器”。

安置在国家超算天津中心的“天河一号”是应用的典范。该中心主任刘光明介绍，“天河一号”不但支撑着诸多产业实现发展突破，而且构建起了它们的核心支撑力。

走进“天河一号”机房可以看到，140个黑色机柜分多列排开，指示灯有规律地闪烁。国家超算天津中心应用研发部部长孟祥飞介绍说，“天河一号”如今实现满负荷运行，每天并发在线计算任务数超过1400项，做到了真正的“中看又中用”。

“天河一号”已应用10年，是世界上连续稳定运行时间最长的超级计算机。它在“算天”“算地”“算人”上持续服务于航空航天、气象预报、宇宙演化模拟、抗震分析等科研创新。每天服务8000多个科研计算任务，累计支持国家科技重大专项和研发计划等超过1600项，为石油资源开发、装备制造、生物医药等行业企业累计带来经济效益近百亿元。

在高端装备领域，支撑海洋装备、无人机等进行数值模拟；在生物医药领域，支撑艾滋病、胰岛素等自主知识产权新药的研发并获得重大突破；在新材料研发领域，支持200多个从事纳米、储能、超导等新材料的科研团队开展计算模拟研究。

中石油东方物探研发中心高级工程师陈继红说，基于“天河”平台，以自主高性能勘探数据处理软件系统为支撑，有力推动物探开展，保障了国家能源安全。

黎湘表示，社会在不断进步的同时，仍然面临许多重大挑战，这些挑战包括能源、全球气候变化、海洋环境、疾病治疗等，“解决这些挑战，我们需要超级计算机。”梅建平也认为，以国家超算天津中心为代表的国家级超算中心、超级计算的研制单位和应用单位，推动中国科技创新的整体发展。超算正日益成为驱动创新，尤其是大型企业产业创新的关键力量。

星辰大海再赴征程

近年来，E级超算成为各国在超算领域追逐的新目标。美国能源部已委托英特尔和克雷公司，共同建造美国首台E级超算，交付时间在2021年左右；欧盟预计于2022年到2023年交付首台E级超算；日本发展E级超算的“旗舰2020计划”由日本理化所主导，完成时间设定在2020年。

“它将是现有超算性能上的一次巨大飞跃。”孟祥飞说，E级超级计算机有望在气候科学、可再生能源、基因组学、天体物理学以及人工智能等领域“大显身手”，协助解决目前无法解决的难题，被公认为“超算界的下一顶皇冠”。

也正因为此，一旦率先研发出E级超算，不但将摘取世界超算桂冠，而且作为一项科研领域重大基础设施，将对诸多尖端领域产生重大且深远的影响。

我国在E级超算领域早已起航。2018年7月，自主研发的“天河三号”E级原型机在国家超算天津中心完成研制部署并通过验收。刘光明预计，整机在2021年左右完成研制，届时运算能力将比“天河一号”提高200倍以上，实现跨越式提升。

在“天河三号”E级原型机系统项目实施中，科研团队专门自主设计了三款芯片：“迈创”众核处理器（Matrix-2000+）、高速互连控制器、互连接口控制器；自主设计了四类计算、存储和服务结点，十余种印制电路板，核心关键技术上实现整体自主可控。

原型机系统研制成功后，该中心随即启动了大规模的计算应用测试，用数据说话。孟祥飞说，测试涉及国家12个重大创新专项领域、数十个国家重点研发计划。在不到一个月的时间里，多个中科院旗下院所以及中国空气动力研究与发展中心、北京临近空间飞行器系统工程研究所、清华大学等30余家合作单位轮番上阵，马不停蹄利用原型机开展一系列大规模并行应用测试，涉及大飞机、航天器、新型发动机、新型反应堆、电磁仿真、新材料新能源、气候气象、生物医药等领域50余款自主研发高性能软件和大型开源软件。测试下的原型机实力不俗。仅6个机柜就达到了与“天河一号”120个机柜相当的计算能力。

石油勘探是超算应用的主要领域之一，称得上“找油”利器。在原型机上的石油勘探地震正演模拟测试表明，其计算节点中一个核组的性能就达到“天河一号”单节点的1.24倍，而原型机每个节点有12个这样的核组组成，“找油”更快更准。孟祥飞称，这说明“天河三号”E级原型机相比“天河一号”具有更好的高速互联网络，通信性能优势明显。

紧随其后，神威E级原型机在国家超级计算济南中心完成部署。山东省计算中心主任杨美红表示，原型机的成功研制对E级计算机研制方案和技术路线进行了全面系统验证，为E级计算机的研制成功铺平了道路。此外，由中科曙光牵头的曙光E级原型机系统也已完成。

从世界各国研发设定的时间节点看，E级超算均预计在2020年至2022年推出，因此今年正是E级超算研发的关键冲刺年。基于自主创新的中国E级超算将沿着前人的足迹，继续夯实根基、加快步伐，向着全新的世界速度之巅发起冲锋。