隨著第31屆國際超算大會(ISC2016)在德國法蘭克福落下帷幕，全球超算TOP500榜單也迎來新一輪的更新。由我國自主研制的“太湖之光”取代“天河二號”成為世界最快計算機，并將最快計算機的計算速度刷新到93PFlops(每秒9.3億億次)。
核心處理器全國產(chǎn)化的“太湖之光”，著實讓國人為之一振。其接近100PFlops的運算速度，也宣告了人類“建造十億億次超級計算機”的目標(biāo)達成，高性能計算正處于從P級(1015Flops)邁向E級(1018Flops)的發(fā)展階段。
E級超算：“下一頂皇冠”
E級高性能計算機(簡稱“E級超算”)是指每秒可進行百億億次數(shù)學(xué)運算的超級計算機，被全世界公認(rèn)為“超級計算機界的下一頂皇冠”。
E級超算將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。中國計算機學(xué)會高性能計算專委會秘書長、中科院計算所研究員張云泉指出，E級超算可以應(yīng)對一些具有重大計算的需求，如全球氣候變化模擬、天體物理大數(shù)據(jù)的處理(如SKA項目)、模擬宇宙的演化、模擬新型材料及核武器等。同時，除了科學(xué)計算，它也將在深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)、云計算等領(lǐng)域發(fā)揮重大價值，幫助提高人們對各領(lǐng)域日益劇增的海量數(shù)據(jù)處理利用的能力，并從中發(fā)現(xiàn)新事物、新規(guī)律和新機會。另外，通過研制E級超算，還可以對上下游的核心技術(shù)和關(guān)鍵部件的研發(fā)、應(yīng)用環(huán)境和軟件的孵化產(chǎn)生積極的促進作用。因此，E級超算具有極高的科學(xué)、社會、經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)生態(tài)價值。
作為大國綜合實力的象征，尤其是衡量一國科技創(chuàng)新實力的標(biāo)志，E級超算已成為當(dāng)前各國競相角逐的戰(zhàn)略制高點。美國、歐洲、日本等國都提出了自己的E級超算研發(fā)計劃，中國也將百億億次超級計算機的研究寫入了國家“十三五”規(guī)劃中，并計劃于2020年對外發(fā)布。
多個挑戰(zhàn)有待破除
隨著高性能計算機運算規(guī)模的增加，其效能的進一步提升卻遇到了挑戰(zhàn)。張云泉研究員介紹說，按照國際上公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，E級超算的性能與功耗比應(yīng)不宜超出20MW(隨著國際上對E級超算建造難度認(rèn)識的增加，現(xiàn)在全球共識是30MW)。按照這一標(biāo)準(zhǔn)，即使是能耗比較好的“太湖之光” 也還相差一個量級。
E級超算不單純代表著運算速度達到了Eflops，而是代表著系統(tǒng)整體設(shè)計質(zhì)的突破和性能的綜合提升。因此，建設(shè)E級超算不僅有效能上的挑戰(zhàn)，而是在生態(tài)環(huán)境、可靠性、應(yīng)用編程、存儲、多領(lǐng)域應(yīng)用的融合等多方面都面臨著很大挑戰(zhàn)，亟待需要攻克。
盡管如此，世界各國仍預(yù)計E級超算將在2020年左右實現(xiàn)。張云泉介紹說，歐盟、日本等制定的E級超算計劃將時間表定在了2020年，中國也希望在“十三五”規(guī)劃收官之時實現(xiàn)E級超算系統(tǒng)。
自主實現(xiàn)，原型系統(tǒng)先行
采用“中國芯”的“太湖之光”成為我國自主研發(fā)E級超算的希望。張云泉認(rèn)為，“太湖之光”的成功已經(jīng)為我國向1000P邁進打下了一個堅實的基礎(chǔ)。
按照一般科研規(guī)律，在類似大科學(xué)裝置正式開啟研發(fā)日程之前，原型系統(tǒng)等預(yù)研項目非常必要。在最新公布的國家“十三五”高性能計算專項課題中可以看到，科技部公示出了3個分別由中科曙光、國防科技大學(xué)和江南計算技術(shù)研究所牽頭的E級超算的原型系統(tǒng)研制項目。據(jù)消息人士透露，中科曙光牽頭的E級超算原型系統(tǒng)研制項目將于近期舉行的曙光技術(shù)創(chuàng)新大會(IDIC2016)上正式啟動。
曙光公司和中科院計算所先后研制完成了從曙光1號到曙光6000共7代高性能計算機，掌握了高性能計算機HPP體系結(jié)構(gòu)、高效能刀片服務(wù)器、3D-Torus網(wǎng)絡(luò)、高性能網(wǎng)絡(luò)交換機、大規(guī)模并行存儲等一系列核心技術(shù)并逐步實現(xiàn)了超算系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化，具有強大的研發(fā)實力。此次圍繞“高性能計算”重點專項和“E級計算機關(guān)鍵技術(shù)驗證系統(tǒng)”方向的總體目標(biāo)，將對E級超算的研發(fā)展開有益的探索。
而相信通過作為中國超算三大品牌的曙光、天河、神威的共同努力，并做好技術(shù)、人才、資源、經(jīng)費和材料的儲備，我國首先沖擊E級超算指日可待。