超级计算机“魔方”在上海正式启用

小徐614

超级计算机“魔方”在上海正式启用

(转帖)

2009-6-16



2009年6月15日，造价2亿元、每秒峰值运算速度超过200万亿次的超级计算机“魔方”，开始在上海高速运转。

这台运算速度世界第十、亚洲第一的超级计算机，经过整整一个月的软硬件安装、上电调试，终于在张江高科技园区投入运行，迎来第一批高性能计算业务。

由此，中国正式迈入了每秒运算速度超百万亿次的计算机时代，一个全新的时代。

亚洲“运算最快”的计算机长什么样？

日前，记者来到上海超级计算中心，在中心三期工程的主机房内，见到的“魔方”，外表就像几十个黑色电话亭排列在一起。每个“电话亭”其实就是一个机柜。其中42个运算节点机柜，每个都集成了200颗四核CPU，每个都相当于800台普通家用电脑的运算能力。还有15个存储机柜，使全机总存储容量达到 500TB(千万亿字节)，相当于整整50万个1G的U盘。此外，还有10个网络机柜用于机柜通信。连通这数十个大机柜需要的网线长约30公里，差不多可以从市中心人民广场铺到浦东国际机场。

上海超级计算中心副主任袁俊介绍，超级计算机的设计原理并不复杂，就是让数千台乃至上万台计算机协作，变成一台超级计算机，术语叫并行计算。“魔方”采用的是刀片机群体系架构，每个刀片就是一个服务器，能协同工作。“魔方”运行起来的峰值速度，每秒超过200万亿次。

在“魔方”机房的隔壁就是它的前任：每秒运算10万亿次的“曙光4000A”机群。如今“魔方”的2个机柜就抵得上前一代机组的全部“脑力”，当然运算成本也更高———尽管采用了低功耗的处理器和内存、先进的水冷散热系统，但仅调试期间，“魔方”的每日电费就高达3万元。

“魔方”所采用的“曙光5000A”机型去年取得了“全球超级计算机500强”的第十名，2004年时“曙光4000A”获得过相同的世界排名，但现在 “曙光4000A”已掉出排行榜。同在上海超算中心，于2000年引进的第一台超级计算机、每秒运算3800多亿次的“神威I号”已光荣退役，安身在计算机科技馆内。短短几年，全球超级计算机的整体速度提升了至少20倍。著名的“摩尔定律”指出，计算机微处理器芯片的性能每18个月会翻倍。以高级笔记本电脑为例，运算速度已在这3年间增长近10倍。但“超算500强”比这个定律更快，500个超算系统的性能总和大约每14个月就翻一番。

“魔方”的成功启动令世人对“中国速度”另眼相看，因为它是目前世界前十台最强大超算中唯一的“非美籍”，也使我国成为美国之后第二个研制出实测峰值“超百万亿次”超算的国家。

谁将是“魔方”的客户？

袁俊介绍，理论、试验和计算是现在科技创新的三大支柱，而超级计算机则是高端计算能力的支撑，既可以对物理现象仿真和模拟，对复杂数据分析，也可以用于产品设计中复杂的设计计算。在2000年上海超级计算中心初创之时，“神威I号”还只是上海市气象局、中科院上海药物研究所等少量高端用户的秘密武器。而到2004年引进的“曙光4000A”高性能计算机，则把应用推广到更大范围：我国自行研制的支线飞机ARJ21—700完美首飞，背后有着超级计算机5 年的保驾护航；上海汽车、奇瑞汽车研发的自主品牌车型也依靠着超级计算机的助力加油。用超级计算机来模拟“撞车”，不仅节约了成本，更缩短了研发周期。这几乎成了全世界汽车巨头无一例外采用的法宝。近几年，中国的汽车厂商也逐渐尝到了这“虚拟撞车”的甜头……

2008年的统计数据显示，“曙光4000A”平均利用率达到了88.5%。通常，80%的利用率已接近极限，即使这样还有许多单位排队等候上机。而有了“魔方”，上海超算的“脑力”增长了20倍。“曙光4000A”正在支撑的300多个用户，将大部分移师“魔方”，包括气象预报、生物药物、生命科学、汽车、核电、钢铁、新材料、土木工程、物理、化学、航空、航天、船舶等数十个应用领域。

除了旧有的项目之外，“魔方”还被期待以重任：上海市着力发展的九大高新技术产业，如商用飞机、新材料、医药、重大装备、新能源以及电动车等六个领域都将依赖高性能计算技术。

此外，也许有一天你所搭乘的国产大飞机，不仅机身设计靠的是超级计算机的贡献，连出现在你面前的飞行员、空姐排班顺序也是超级计算机所决定的。随着乘务人员和航班数量的大幅增加，排列组合的可能性也指数级增加，传统的Excel已黔驴技穷，因此也要“借脑”来算一算。

“超级计算机500强”排行榜中，美国入围的291台超级计算机中有35台用于金融企业或相关机构。未来，“魔方”将助力上海国际金融中心建设，为金融机构设计衍生产品、控制风险、提供各种计算解决方案。

新竞赛：每一秒都在追赶
每年两次发布的“超级计算机500强”排行榜，被誉为衡量国际高性能计算机应用状况的“晴雨表”。去年11月，“魔方”所采用的“曙光5000A”机型拿到了第十名，而前九名都由美国的厂商制造。包括“魔方”，榜单上中国共有15台超级计算机进入500强，在发展中国家名列第一。

“这个榜单随时都在变化，但中国这几年的表现非常强劲。”上海超级计算中心高性能计算架构师姚继锋说。在“魔方”诞生后，《纽约时报》一篇评论认为中国已跨入全球高性能计算市场的“第一阵营”。

“每一天，每一小时，每一秒在追赶，在不断试图缩小与美、日等国的差距。”曙光公司总裁历军这样形容中国在超级计算机研究和制造方面的努力。1993年 “超级计算机500强排行榜”诞生时，中国内地无一入围。据说1990年代初，中石油集团因勘探需要引进了一台IBM的超级计算机，但对方的条件是监控这台计算机的用途。中石油不得不专门造了一座玻璃房子，让美国人24小时监控。当时的国家科委主任宋健将此事称为“中国人的奇耻大辱”。

至今，美国仍对中国禁运百万亿次超级计算机及其关键零部件。中国超级计算机的发展历程，用历军的话是“民族责任感与商业价值取向的一种融合”。在今天，随着高性能计算从科学研究逐步扩展到金融精算、动漫制作等多个领域，后者的价值更是日益显现。经济利益驱动下，全球超级计算机竞争正日趋白热化。2002 年至2004年，35万亿次的日本超级计算机“地球模拟器”始终排名第一，而随后的四年内第一名的速度提升了31倍，接近1100万亿次。目前，日本每秒能进行1京(1万万亿)次浮点运算的“通用京速计算机”，已在研制中。英特尔公司的高级合伙人斯蒂夫预测，2018年我们也许可以看到比现在最快的超级计算机———运算速度达1000万次的“走鹃”快1000倍的计算机。

中国各地也掀起了竞赛。姚继锋介绍，深圳、广州、天津、山东都有建造超级计算中心的计划，其中深圳的华南超级计算中心、天津滨海的国家超级计算机天津中心，瞄准的都是千万亿次的运算级别。最近，NEC(中国)有限公司也与武汉东西湖区签约，将投资7亿元打造中部首个超级计算中心及研发技术园。

新挑战：从芯片到软件开发

虽然“魔方”已经位列全球超级计算机的前十位，与运算速度最快的IBM“走鹃”差距不过1.5代，但如果从更多的方面考究，这个差距并不止于此。

“尽管主要零部件都实现了国产化，但中国超级计算机的中央处理器芯片目前仍依赖国外厂商”，袁俊告诉记者。比如目前中国最先进的两台百万级超级计算机，联想的“深腾7000”和曙光的“曙光5000A”，分别采用了英特尔和超威半导体(AMD)的处理器，这两家都是美国的处理器制造商。在去年中国国内的 “超级计算机100强”中，95%的处理器来自英特尔和AMD。

令人兴奋的是，曙光公司总裁历军此前曾透露，“曙光千万亿次机曙光6000将在2010年推出，届时会采用自主知识产权的龙芯处理器。”据悉，计划使用的处理器为“龙芯”第三代产品，这将标志中国超级计算机质的突破。

“相比技术，应用上的差距更大。”袁俊说。目前超级计算机的应用软件系统大多需要进口，“很贵，动辄一个软件就要上百万元人民币，很多企业都用不起。” 姚继锋告诉记者，随着高性能计算机中CPU数量越来越多，应用程序编制难度将越来越大，而一些在软件行业中具有垄断性质的企业，往往把自己的产品和 IBM、HP的高端产品捆绑销售，这令国产软件在超级计算机应用方面要取得突破，可能比系统研制更为艰难。

由于成本很高，相比美国企业用超级计算寻找防止薯片从装配线上滑落的方法，中国许多企业还没有用上这个研发利器，超级计算机仍主要为高端研发机构所用。据2008年的统计，从使用超级计算机的机器数量上看，能源行业占据了35%，其次是政府部门(12%)和科学计算(10%)。而从使用超级计算机的性能上看，科学计算占到了第一位，占33.13%，其次是能源(28.01%)和政府部门(7.03%)。

据悉，过几天，2009年全新“超级计算机500强”排行榜将发布。超级计算机的竞赛仍在无止境进行，“魔方”的胜利只是一个“节点”。我们期待着更多的突破，更快的中国新速度。