4月21日，第12屆中外超算高峰論壇(HPC Connection Workshop)在華中科技大學舉行。來自美國田納西大學、佛羅里達大學、新加坡A*STAR超算中心、中國中山大學、國家超算廣州中心、華中科技大學、北京應用物理與計算數(shù)學研究所等單位的多位國內外頂尖超算專家圍繞“超級計算的挑戰(zhàn)和機遇”這一主題，共同探討超算當下面臨的諸多挑戰(zhàn)、機遇以及未來發(fā)展趨勢。這是2016 ASC世界大學生超算競賽(ASC16)總決賽期間舉行的高端學術活動。
E級超算需要架構創(chuàng)新
作為TOP500的發(fā)起人，美國橡樹嶺國家實驗室及田納西大學教授杰克·唐加拉(Jack Dongarra)現(xiàn)場分享了全球最快超計算機排行榜TOP500的發(fā)展趨勢。他指出，目前TOP500中已經有81套超級計算機突破千萬億次，有104套超級計算機使用了異構加速技術，大約50%的超級計算機應用于工業(yè)領域，并且有多個國家和地區(qū)提出了百億億次超級計算機的建造計劃。而在超算系統(tǒng)的分布上，美國、中國、日本分別以201套、109套和38套占據前三位。
唐加拉教授還回顧了Top500榜單24年來的發(fā)展進程，TOP500的總計算力從1.17TFlops/s增加至420PFlops/s，排名第一的超算計算機計算速度從59.7GFlops/s發(fā)展到33.9PFlops/s。
TOP500的發(fā)起人，美國橡樹嶺國家實驗室及田納西大學教授Jack Dongarra
雖然超級計算機在過去20多年取得了快速發(fā)展，但唐加拉也表示，隨著計算機技術的進步，作為TOP500排名依據的LINPACK測試如今也暴露出一些問題，如與實際應用的關聯(lián)已不緊密，只能反映出異構系統(tǒng)大約1/2或2/3的峰值，對架構創(chuàng)新的激勵作用日益降低，系統(tǒng)整體可用性越來越不可測，被當作市場營銷的工具，資源浪費日益增高等等。他認為，HPCG作為一種更加貼近實際應用的基準測試，應該得到更多國家和用戶的重視。
在對于業(yè)界關注的百億億次超級計算機及E級超算的建造問題上，唐加拉以一個生動的例子指出構建百億億次超算系統(tǒng)需要全新的方法和技術。他指出如果采用目前榜單的技術構建的E級超算能耗將高達534MW，擁有4億線程，造價高達150億美元，這是沒有任何一個國家和機構能夠使用的如此昂貴、復雜的設備。因此，E級超級計算機需要從同步還原算法、通訊還原算法、混合精度方法、自動調整、故障恢復、結果再現(xiàn)性等方面入手，將每瓦特性能從現(xiàn)在的3GFlops提高到50GFlops，將并行計算能力提高5~50倍、節(jié)點通訊速率提高40倍、總體并行效率提升100倍，才能實現(xiàn)造價2億美元、能耗僅為20MW的“合格”百億億次超級計算機。
中國布局E級超算研究
北京航空航天大學及中山大學教授錢德沛首先介紹了“十二五”期間HPC三大關鍵項目的進展：建成了天河二號和神威兩套世界級的超級計算機;中國國家網格項目(CNGrid)在新的運行和服務模式上取得了長足發(fā)展;在CNGrid基礎上構建了應用創(chuàng)新社區(qū)，極大的促進了應用軟件的發(fā)展。與此同時，并行軟件也保持良好發(fā)展勢頭，在核聚變能源仿真模擬、飛行器設計CFD、藥物開發(fā)、數(shù)字媒體渲染、大型設備的結構強度優(yōu)化、電磁環(huán)境仿真模擬等領域均已得到較好應用，并且30萬核以上應用效率已突破30%。
北京航空航天大學及中山大學教授錢德沛
不過，錢德沛教授也指出，目前我國超算發(fā)展在關鍵技術、應用軟件、人才培養(yǎng)、跨學科合作四個方面依然存在薄弱環(huán)節(jié)，在自主處理器/協(xié)處理器、新型存儲和網絡器件、大規(guī)模并行算法和程序開發(fā)、自主研發(fā)的系統(tǒng)軟件等方面有較大差距。他認為要改變這一局面，需要建設一個良好的生態(tài)系統(tǒng)，建立一個超算開發(fā)人員、應用軟件開發(fā)者、HPC基礎設施運營商和終端用戶的合作機制，讓基礎研究、關鍵技術、系統(tǒng)開發(fā)、應用開發(fā)人員能夠有效的協(xié)同工作，并在國產芯片基礎上加大系統(tǒng)軟件、工具軟件和應用軟件的開發(fā)和推廣力度。
錢德沛教授還介紹了國家“十三五”計劃關于超算發(fā)展的一些部署，其中包括百億億次超級計算機即E級超算技術研究。他指出，百億億次超級計算機在解決人類共同面臨的能源危機、污染和氣候變化等重大問題上將發(fā)揮巨大作用。同時，百億億次超級計算機的研發(fā)將為發(fā)展高鐵、飛行器設計、傳統(tǒng)產業(yè)轉型升級提供支撐，推動新藥開發(fā)、創(chuàng)新工業(yè)產品優(yōu)化設計、數(shù)字化媒體等行業(yè)發(fā)展，讓大眾更多受益。并可以促進高能物理、新材料、計算化學等眾多基礎科學研究中的重大科學發(fā)現(xiàn)。