10月23日，上海地區(qū)性能最強、也是高校領域性能最強的超級計算機“π”系統(tǒng)在上海交通大學上線運行，該系統(tǒng)峰值性能達到263萬億次，位列最新全球Top500榜單第158名。“π”系統(tǒng)由浪潮公司設計構建，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目就是其中之一。
上海交通大學常務副校長、中國工程院院士院士林忠欽，上海交通大學高性能計算中心主任顧一眾，上海交通大學激光等離子體教育部重點實驗室特別研究員、國家“青年千人計劃”獲得者陳民，浪潮首席科學家王恩東，浪潮信息高性能計算產品部總經(jīng)理劉軍等出席了正式運行儀式。
“π”系統(tǒng)上線將重點支持上海交通大學的教學科研，將成為“IFSA慣性約束聚變科學與應用協(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實現(xiàn)聚變，和平利用人類的終極能源——聚變能。在半個世紀以前，科學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當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瓶礦泉水里所蘊含的聚變能，足夠一個四口之家的一年的電力供應。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——氫彈。
我國科學家王淦昌早在激光發(fā)明不久，幾乎就與前蘇聯(lián)科學家巴索夫同時獨立提出了激光慣性約束聚變的概念，這已經(jīng)成為目前實現(xiàn)可控核聚變的兩大技術路線之一。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研究與應用。上海交通大學激光等離子體教育部重點實驗室是IFSA協(xié)同創(chuàng)新中心的主要成員之一，在激光技術、靶物理實驗和診斷、聚變相關理論和模擬研究方面一直發(fā)揮著重要作用。
實驗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算機技術，今天科學家們采用計算機來模擬核聚變的各個反應過程、設計反應裝置及實驗參數(shù)，大大提升了受控聚變研究能力。慣性約束聚變反應過程非常復雜，涉及的溫度、密度遠高于人們通常所見的物質，其中的物理內容也非常多，而且時間和空間尺度也相差巨大，反應過程非?？?。在反應過程中的壓力相當于1萬億個標準大氣壓，氘和氚會被壓縮到僅有同質量液體體積的千分之一，但是反應時間最多只有100億分之一秒。如此極端的反應，現(xiàn)有的實驗探測手段很難深入到聚變燃料內部進行測量。而利用超級計算機模擬，可以分步地對各個過程進行模擬，研究其中的物理細節(jié)，這樣大大有利于對實驗裝置的設計和對實驗結果進行分析、理解。
陳民在采訪中提到，核聚變研究對計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)有的計算技術都還難以滿足核聚變各個過程的研究。由于計算力的限制，通常的模擬都是采用減少模擬維或者忽略部分物理效應的情況下對主要過程進行模擬研究，而這樣就造成模擬與實驗的偏差。必須依靠多次實驗和模擬相互驗證，交替前進。更高性能的超級計算機的出現(xiàn)，將大大增加理論模擬的能力，盡可能真實的對慣性聚變中的物理過程進行模擬，可以大大加快研究進程，讓人們早日實現(xiàn)可受控的人造小太陽。隨著計算技術從千萬億次向百億億次的推進，極端條件下的物理學研究也將走進新的時代。
由浪潮建設的 “π” 超算系統(tǒng)采用了“CPU+GPU+MIC”三重混合計算架構，有25.7萬個計算核心。浪潮信息總裁王恩東說，當前高性能計算領域正處于技術變革中，傳統(tǒng)的單一集群架構正在向混合架構變遷，浪潮先后參與完成了采用GPU技術的千萬億次系統(tǒng)——天河1A和基于MIC技術的億億次系統(tǒng)——天河2號的研制和建設工作?；旌霞軜嫊俏磥沓愕陌l(fā)展方向，是實現(xiàn)超級計算機峰值從千萬億次到百億億次最可行的技術路線。浪潮同時也投入大量資源發(fā)展相關的軟件和應用，幫助用戶跨過應用門檻，目前，上海大交網(wǎng)絡中心正在將現(xiàn)有的應用遷移到三重混合架構中，已經(jīng)完成的應用都取得很好的測試效果。
上海交大為將這套系統(tǒng)命名為π。在談到系統(tǒng)的命名時，顧一眾興奮地說，π在希臘文中就有并行的涵義，并行是高性能計算的最基本理念，而且，π是一個在公元前就被認識到的無理常數(shù)，π值的進化與人類計算技術的進步息息相關。從公元前到1948年的幾千年時間，人類僅計算出π值的第808位，1949年人類第一臺計算機ENIAC問世，π就被精確到2034位，是此前的兩倍多。此外，π還可看作交通大學首字母J和T的組合。我們希望采用了多重異構技術的這套系統(tǒng)能夠有效推動計算技術的發(fā)展和進步。