隨著功耗和效率問題越來越成為困擾超算繼續(xù)發(fā)展的瓶頸，很多超算制造商開始青睞異構(gòu)超算。似然異構(gòu)超算在軟件編程方面相對更困難，但他在能效以及性能方面的表現(xiàn)使其在最近幾年有了很大的發(fā)展。目前，主流的異構(gòu)超算主要有CPU+GPU的形式以及CPU+MIC的形式。由于雙方都有著相似的優(yōu)點(diǎn)，因此，誰能夠成為最終的勝利者目前還無法判斷。
中國超算在最近幾年的成績是有目共睹的，一大批高質(zhì)量、高性能的超算迅速投入使用。與國際其他國家一樣，中國在超算方面也大量采用了異構(gòu)的方式來設(shè)計(jì)，因此，在異構(gòu)形式的選擇上，中國也面對同樣的難題：CPU+GPU還是CPU+MIC？面對這一領(lǐng)域，上海交大所采用的π系統(tǒng)或許能夠代表另一種聲音。
日前，上海地區(qū)性能最強(qiáng)、也是全國高校領(lǐng)域性能最強(qiáng)的超級計(jì)算機(jī)“π”系統(tǒng)在上海交通大學(xué)上線運(yùn)行，該系統(tǒng)峰值性能達(dá)到263萬億次，位列最新全球Top500榜單第158名?！唉小毕到y(tǒng)由浪潮公司設(shè)計(jì)構(gòu)建，將用于支撐高端前沿科研，俗稱“人造太陽”的慣性約束核聚變項(xiàng)目就是其中之一。
上海交通大學(xué)常務(wù)副校長、中國工程院院士院士林忠欽，上海交通大學(xué)高性能計(jì)算中心主任顧一眾，上海交通大學(xué)激光等離子體教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室特別研究員、國家“青年千人計(jì)劃”獲得者陳民，浪潮首席科學(xué)家王恩東，浪潮信息高性能計(jì)算產(chǎn)品部總經(jīng)理劉軍等出席了正式運(yùn)行儀式。
“π”系統(tǒng)上線將重點(diǎn)支持上海交通大學(xué)的教學(xué)科研，將成為“IFSA慣性約束聚變科學(xué)與應(yīng)用協(xié)同創(chuàng)新中心”的超算核心支持平臺。 目前，慣性約束聚變是世界性的科技挑戰(zhàn)，美國、日本、俄羅斯、歐盟都積極投入，目的是在可受控的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)聚變，和平利用人類的終極能源——聚變能。在半個世紀(jì)以前，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)氘原子和氚原子聚變?yōu)橐粋€氦原子核和一個中子時會釋放巨大的能量。由于其能量釋放機(jī)理與太陽一樣，所以該工程俗稱“人造太陽”。3瓶礦泉水里所蘊(yùn)含的聚變能，足夠一個四口之家的一年的電力供應(yīng)。而且這類能源輻射低、無排放、取用不盡，能夠供人類使用幾十億年。但是核聚變反應(yīng)條件卻極其苛刻，而且過程難以控制，目前只能用于制造核武器——?dú)鋸棥?/P>
我國科學(xué)家王淦昌早在激光發(fā)明不久，幾乎就與前蘇聯(lián)科學(xué)家巴索夫同時獨(dú)立提出了激光慣性約束聚變的概念，這已經(jīng)成為目前實(shí)現(xiàn)可控核聚變的兩大技術(shù)路線之一。2012年上海交大牽頭的IFSA協(xié)同創(chuàng)新中心致力于激光聚變科學(xué)研究與應(yīng)用。上海交通大學(xué)激光等離子體教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是IFSA協(xié)同創(chuàng)新中心的主要成員之一，在激光技術(shù)、靶物理實(shí)驗(yàn)和診斷、聚變相關(guān)理論和模擬研究方面一直發(fā)揮著重要作用。
實(shí)驗(yàn)室特別研究員陳民說，人類對于可受控核聚變的研究離不開超級計(jì)算機(jī)技術(shù)，今天科學(xué)家們采用計(jì)算機(jī)來模擬核聚變的各個反應(yīng)過程、設(shè)計(jì)反應(yīng)裝置及實(shí)驗(yàn)參數(shù)，大大提升了受控聚變研究能力。慣性約束聚變反應(yīng)過程非常復(fù)雜，涉及的溫度、密度遠(yuǎn)高于人們通常所見的物質(zhì)，其中的物理內(nèi)容也非常多，而且時間和空間尺度也相差巨大，反應(yīng)過程非?？?。在反應(yīng)過程中的壓力相當(dāng)于1萬億個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，氘和氚會被壓縮到僅有同質(zhì)量液體體積的千分之一，但是反應(yīng)時間最多只有100億分之一秒。如此極端的反應(yīng)，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)探測手段很難深入到聚變?nèi)剂蟽?nèi)部進(jìn)行測量。而利用超級計(jì)算機(jī)模擬，可以分步地對各個過程進(jìn)行模擬，研究其中的物理細(xì)節(jié)，這樣大大有利于對實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、理解。
陳民在采訪中提到，核聚變研究對計(jì)算力有著無止境的需求，“紅杉”、“美洲虎”等曾經(jīng)的全球TOP500榜首的超算系統(tǒng)都曾用于核模擬研究。目前國際上和中國現(xiàn)有的計(jì)算技術(shù)都還難以滿足核聚變各個過程的研究。由于計(jì)算力的限制，通常的模擬都是采用減少模擬維或者忽略部分物理效應(yīng)的情況下對主要過程進(jìn)行模擬研究，而這樣就造成模擬與實(shí)驗(yàn)的偏差。必須依靠多次實(shí)驗(yàn)和模擬相互驗(yàn)證，交替前進(jìn)。更高性能的超級計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，將大大增加理論模擬的能力，盡可能真實(shí)的對慣性聚變中的物理過程進(jìn)行模擬，可以大大加快研究進(jìn)程，讓人們早日實(shí)現(xiàn)可受控的人造小太陽。隨著計(jì)算技術(shù)從千萬億次向百億億次的推進(jìn)，極端條件下的物理學(xué)研究也將走進(jìn)新的時代。