計算能力跨上新臺階

    Ｅ級超級計算機即百億億次超級計算機，它的運算能力將在現有超算基礎上跨上一個新的臺階，是各國高端信息技術創新和競爭的制高點。

    在國防科技大學和國家超算天津中心等團隊合作下，“天河三號”Ｅ級原型機歷經兩年多的持續研發和關鍵技術攻關，于今年７月研制成功并完成課題驗收。通過創新賦能，實現了進一步的自主可控。

    據國家超算天津中心主任劉光明介紹，研發團隊設計了“邁創”眾核處理器、高速互連控制器、互連接口控制器３大芯片，４類計算、存儲、服務結點，１０余種印制電路板，實現了一系列關鍵技術領域的自主創新。

    原型機系統研制成功后，該中心隨即啟動了大規模的計算應用測試，用數據說話。國家超算天津中心應用研發部部長孟祥飛介紹，測試涉及國家１２個重大創新專項領域、數十個國家重點研發計劃，專挑硬骨頭，勇攀科研高峰。

    不到一個月，力學所、物理所、大氣所、計算所等中科院旗下院所，以及中國空氣動力研究與發展中心、北京臨近空間飛行器系統工程研究所、清華大學、西安交大等３０余家合作單位輪番上陣，利用原型機開展一系列大規模并行應用測試，涉及大飛機、航天器、新型發動機、新型反應堆、電磁仿真等領域５０余款自主研發高性能軟件和大型開源軟件。

    測試下的原型機實力不俗，僅６個機柜就達到了與我國首臺千萬億次超算“天河一號”１２０個機柜相當的計算能力。

    多領域獲試驗突破

    真金不怕火煉，測試結果讓科研團隊頗為興奮。從軟件兼容性到運行能力的全方位測試下，原型機取得了一批突破性成果。

    利用原型機，在航空航天飛行器領域，開展了１００億級網格規模全尺寸氣動仿真，為下一步我國新一代航天裝備研發和寬體大飛機設計等打下了堅實基礎；在數值氣象領域，運行１公里級的高分辨率預報，將為臺風等突發性天氣預警和防災減災提供更長效參考；在新材料領域，實現跨整個微觀尺度的１０的４次方量級復雜原子體系動力學計算等諸多大規模計算處理領域的突破，運算能力的大幅提升使得新材料研發具備更多可能，為工業領域產業升級和先進制造創新增添新的動能。

    在應用軟件測試中，有２０余款應用軟件擴展到“天河三號”Ｅ級原型機全系統近２０萬個計算核心。盡管只是小試牛刀，但證明了具備擴展到未來完全國產Ｅ級系統的能力。

    硬件設備的性能在測試下也得到驗證。劉光明說，“天河三號”Ｅ級原型機系統采用的低功耗“邁創”眾核處理器、優化后的互聯通信技術以及體系結構設計，從局部節點結算能力到整機系統的并行擴展能力，都表現出突出的性能優勢。

    石油勘探是超算應用的主要領域之一，稱得上“找油”利器。在原型機上的石油勘探地震正演模擬測試表明，其計算節點中一個核組的性能就達到“天河一號”單節點的１．２４倍，而原型機每個節點有１２個這樣的核組組成，“找油”更快更準。孟祥飛分析，這說明“天河三號”Ｅ級原型機相比“天河一號”具有更好的高速互聯網絡，通信性能優勢明顯。

    為應用生態構建打牢基礎

    劉光明表示，測試結果充分反映出，“天河三號”Ｅ級原型機系統具有突出的易用性、適用性，“這為下一步支撐國家重大科技創新和產業創新以及構建全方位應用生態體系打下了堅實基礎。”“天河三號”有望于２０２０年研制成功，劉光明信心十足。

    上一代超算“天河一號”的最大優勢在于，它是世界上獲得最廣泛應用的超算。這一優勢有望在“天河三號”上延續，成為不少產業的核心競爭力。

    在原型機測試中，服務智能產業創新的“天河智能創新一體化平臺”也完成了系統適配，從而打通了“天河三號”Ｅ級原型機、“天河一號”等不同體系結構下的計算、存儲資源協同調度管理。

    該一體化平臺通過開展大規模機器學習算法實現、交互式深度學習應用等共性關鍵技術研發，將會有效降低非專業領域用戶、科研用戶的使用難度，讓“高大上”的超算主動融入“江湖”，全面服務智能應用創新。“點點鼠標，就能調用‘天河三號’Ｅ級原型機的計算能力并不遙遠。”孟祥飛說。

    劉光明指出，“天河三號”Ｅ級原型機系統是我國“Ｅ級（百億億次）計算機研制”國家重點研發計劃的第一階段成果，全面關鍵技術突破和短時間實現廣泛應用部署，充分說明我國“銀河”“天河”系列超級計算機經過近４０年的不斷創新、不斷積累、不斷發展，已經形成了研制國際領先的均衡超級計算機系統、帶動核心技術產業化、支撐科研和產業領域全面創新的綜合能力。

    路漫漫其修遠兮。“天河三號”Ｅ級原型機將成為基礎藍本，支撐我國Ｅ級計算機快速研制部署，同時支撐國家創新驅動發展戰略實施，助力我國從科技大國向科技強國邁進。