這就是中國(guó)優(yōu)勢(shì) | 科技優(yōu)勢(shì)（十二）中國(guó)超算：全球超算TOP500中國(guó)上榜最多

【導(dǎo)語】“可上九天攬?jiān)?，可下五洋捉鱉，談笑凱歌還?！边@是一種豪情與詩意，也是當(dāng)今中國(guó)正創(chuàng)造的奇跡。中國(guó)人對(duì)未知的好奇、對(duì)探索的渴望、對(duì)困境的思考以及對(duì)美好未來的期待，推開了一扇扇嶄新世界的大門：空間探測(cè)、生物醫(yī)藥、人工智能、量子科學(xué)……中國(guó)科技創(chuàng)新的步伐從未停止。正如習(xí)近平總書記所說，一切偉大成就都是持續(xù)奮斗的結(jié)果，一切偉大事業(yè)都需要在繼往開來中推進(jìn)。新時(shí)代必將是大有可為的時(shí)代。

在今年最新發(fā)布的全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)(TOP500)榜單中，中國(guó)共有173臺(tái)超算上榜，上榜總數(shù)蟬聯(lián)第一。榜單十強(qiáng)中有兩臺(tái)來自中國(guó)，分別是位列第6的“神威·太湖之光”和第9的“天河二號(hào)”。TOP500榜單始于1993年，是對(duì)全球已安裝的超級(jí)計(jì)算機(jī)排座次的知名排行榜，每半年發(fā)布一次。一直以來，中美兩國(guó)是上榜超算數(shù)量最多的兩個(gè)國(guó)家，超算500強(qiáng)中有近三分之二來自兩國(guó)。

超級(jí)計(jì)算機(jī)一向被稱為國(guó)之重器，是世界各國(guó)競(jìng)相角逐的科技制高點(diǎn)，也是一個(gè)國(guó)家科技實(shí)力的重要標(biāo)志之一。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)不但實(shí)現(xiàn)了單個(gè)運(yùn)算速度領(lǐng)跑全球的突破，而且形成了較強(qiáng)的整體實(shí)力，已經(jīng)位列世界前列。

世界上首臺(tái)峰值運(yùn)算性能超過每秒十億億次浮點(diǎn)運(yùn)算能力的超級(jí)計(jì)算機(jī)——“神威·太湖之光”。（圖源：中國(guó)國(guó)家網(wǎng)格官網(wǎng)）

中國(guó)超算問鼎世界之巔

超級(jí)計(jì)算，又稱高性能計(jì)算，是計(jì)算科學(xué)的重要前沿分支。超級(jí)計(jì)算機(jī)是能夠執(zhí)行一般個(gè)人電腦無法處理的大資料量與高速運(yùn)算的電腦。其基本組成組件與個(gè)人電腦的概念無太大差異，但規(guī)格與性能則強(qiáng)大許多，是一種超大型電子計(jì)算機(jī)。超級(jí)計(jì)算機(jī)是計(jì)算機(jī)中功能最強(qiáng)、運(yùn)算速度最快、存儲(chǔ)容量最大的一類計(jì)算機(jī)，多用于國(guó)家高科技領(lǐng)域和尖端技術(shù)研究。如果把普通計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度比做成人的走路速度，那么超級(jí)計(jì)算機(jī)就達(dá)到了火箭的速度。在這樣的運(yùn)算速度下，人們可以通過數(shù)值模擬來預(yù)測(cè)和解釋以前無法驗(yàn)證的自然現(xiàn)象。

1983年12月22日，中國(guó)第一臺(tái)每秒鐘運(yùn)算一億次以上的“銀河”巨型計(jì)算機(jī)，由國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)研究所在長(zhǎng)沙研制成功。（圖源：新華社）

中國(guó)第一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)是國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)于1983年12月研制成功的“銀河-I”，這臺(tái)計(jì)算機(jī)在國(guó)防建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用，中國(guó)也成為繼美國(guó)、日本之后，第三個(gè)能獨(dú)立設(shè)計(jì)和制作巨型機(jī)的國(guó)家。此后中國(guó)在超級(jí)計(jì)算機(jī)研制方面捷報(bào)頻傳，如國(guó)防科大、國(guó)家并行計(jì)算中心、中科院計(jì)算所、聯(lián)想集團(tuán)等單位相繼推出了“銀河”“天河”“曙光”“深騰”“神威”等一系列國(guó)產(chǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；2010年11月，中國(guó)千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河一號(hào)”以每秒2570萬億次的實(shí)測(cè)運(yùn)算速度，成為當(dāng)時(shí)世界運(yùn)算最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)，同時(shí)在世界超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜上首次問鼎冠軍；2013至2018年，中國(guó)“天河二號(hào)”和“神威·太湖之光”超級(jí)計(jì)算機(jī)連續(xù)排位第一名，實(shí)現(xiàn)世界超算“十連冠”。

40多年來，中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)研制從“銀河”實(shí)現(xiàn)零的突破，到“天河”連奪世界第一，再到新一代“天河三號(hào)”E級(jí)原型機(jī)研制成功，中國(guó)科研人員一棒接著一棒，實(shí)現(xiàn)了高性能計(jì)算從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的歷史跨越。從全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單來看，來自中國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)制造廠商份額不斷提升，中美兩國(guó)在這一領(lǐng)域你追我趕，數(shù)年內(nèi)幾乎輪流做冠亞軍。截至2020年，中國(guó)科技部批準(zhǔn)建立的國(guó)家級(jí)超算中心共有八所，分別位于天津、廣州、深圳、長(zhǎng)沙、濟(jì)南、無錫、鄭州、昆山。中國(guó)超算規(guī)模不斷擴(kuò)大，超算發(fā)展水平正在加速上升中。

超算能力迅猛增長(zhǎng)的背后

“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)。（圖源：中國(guó)國(guó)家網(wǎng)格官網(wǎng)）

中國(guó)近些年在研發(fā)超級(jí)計(jì)算機(jī)的過程中取得了非常好的成績(jī)。根據(jù)中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)HPC專業(yè)委員會(huì)和中科院計(jì)算技術(shù)研究所統(tǒng)計(jì)，2002年，中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)平均性能僅為0.09TFlop/s(每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù))，到2020年已經(jīng)快速發(fā)展到3842TFlop/s，增加了4萬多倍。根據(jù)最新發(fā)布的2021中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)性能TOP100榜單，2021年全部上榜的100臺(tái)超算系統(tǒng)的平均性能，相比2020年提升達(dá)79%。2021年排行第一的超級(jí)計(jì)算機(jī)的性能是2020年的1.34倍，2021年排在榜尾的超級(jí)計(jì)算機(jī)的性能是2020年的1.06倍。

值得關(guān)注的是，中國(guó)在超算應(yīng)用也有很大進(jìn)步。過去十年，中國(guó)科學(xué)家依托國(guó)內(nèi)頂尖超算系統(tǒng)，多次入圍高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域的國(guó)際最高獎(jiǎng)“戈登·貝爾獎(jiǎng)”，并在2016年首次摘獎(jiǎng)。此后，2017年、2021年再次獲獎(jiǎng)(2020年的“戈登·貝爾獎(jiǎng)”由中美科學(xué)家聯(lián)合團(tuán)隊(duì)摘得，這支8人團(tuán)隊(duì)中有7張中國(guó)面孔)。

對(duì)于中國(guó)超算的迅速增長(zhǎng)，發(fā)布全球超算500強(qiáng)榜單的國(guó)際TOP500組長(zhǎng)曾表示：“隨著多家中國(guó)生產(chǎn)商在高性能計(jì)算機(jī)領(lǐng)域日益活躍，中國(guó)企業(yè)作為生產(chǎn)商正在占據(jù)這一領(lǐng)域的更大份額?！泵绹?guó)加利福尼亞大學(xué)河邊分校的超級(jí)計(jì)算實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人陳子忠認(rèn)為，這一進(jìn)步“是中國(guó)計(jì)算機(jī)專家長(zhǎng)期努力的結(jié)果，也是中國(guó)近年來經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的體現(xiàn)。這表明，中國(guó)與美國(guó)在綜合國(guó)力上的差距越來越小”。

超級(jí)計(jì)算機(jī)不是只會(huì)“計(jì)算”

“神威·太湖之光”超級(jí)計(jì)算機(jī)的交換機(jī)網(wǎng)線。（圖源：新華社）

國(guó)家超級(jí)計(jì)算濟(jì)南中心副主任潘景山將超算的功能總結(jié)為“三算”：“從算天、算地，再到算人，未來是一切皆可算?！背?jí)計(jì)算機(jī)的價(jià)值，除了對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)本身的貢獻(xiàn)以外，更重要的是在超級(jí)計(jì)算機(jī)的支撐下解決了重大科學(xué)與工程應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵問題，促進(jìn)了相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展，超級(jí)計(jì)算為解決國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科學(xué)進(jìn)步、國(guó)家安全等一系列重大挑戰(zhàn)性問題提供了不可替代的重要手段。

交通工具制造：超級(jí)計(jì)算機(jī)可用來認(rèn)識(shí)和改進(jìn)汽車、飛機(jī)或輪船等交通工具的空氣/流體動(dòng)力結(jié)構(gòu)、燃料消耗和防撞強(qiáng)度，并幫助減少噪音，提高乘坐者舒適度。

氣候問題：借助超級(jí)計(jì)算機(jī)建模預(yù)測(cè)氣候變化，防范和減輕氣候變化帶來的破壞。

生物信息：從基因?qū)W的數(shù)據(jù)密集型研究到細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)模擬和大規(guī)模系統(tǒng)建模，超級(jí)計(jì)算機(jī)將幫助尋找疾病治療的革命性方法。

地震監(jiān)測(cè)：超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)地震的模擬將幫助我們探索地震預(yù)測(cè)新方法，通過預(yù)警減少地震人財(cái)物傷亡和損失的風(fēng)險(xiǎn)。

地球科學(xué)：地球物理學(xué)涉及大量數(shù)據(jù)處理和模擬，超級(jí)計(jì)算機(jī)在石油勘測(cè)等方面具有潛在和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

天體物理：超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬是天體物理學(xué)的基礎(chǔ)，通過模擬時(shí)間進(jìn)程并加速，可對(duì)天體演變進(jìn)行建模和理論試驗(yàn)。

公共健康：超級(jí)計(jì)算機(jī)可對(duì)影響社會(huì)的健康和安全事件進(jìn)行模擬，為可能發(fā)生的大規(guī)模污染和災(zāi)難等提出應(yīng)對(duì)措施和規(guī)劃。

材料科學(xué)：基于對(duì)物質(zhì)和能量的密集計(jì)算模擬，或許能發(fā)現(xiàn)具有很高經(jīng)濟(jì)效益的物質(zhì)和反應(yīng)。

人類/組織系統(tǒng)研究：宏觀經(jīng)濟(jì)學(xué)和社會(huì)動(dòng)力學(xué)的研究同樣需要超級(jí)計(jì)算機(jī)，比如對(duì)大量人口行為進(jìn)行模擬。

習(xí)近平總書記在中國(guó)科學(xué)院第十九次院士大會(huì)、中國(guó)工程院第十四次院士大會(huì)的講話中提到，“著力推進(jìn)面向國(guó)家重大需求的戰(zhàn)略高技術(shù)研究，超級(jí)計(jì)算機(jī)連續(xù)10次蟬聯(lián)世界之冠，采用國(guó)產(chǎn)芯片的‘神威·太湖之光’獲得高性能計(jì)算應(yīng)用最高獎(jiǎng)‘戈登·貝爾獎(jiǎng)’……”未來，中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)將會(huì)在越來越多的科學(xué)研究、積極創(chuàng)新中大顯神威，超算應(yīng)用也將更多地用于解決日常生活中的種種難題，讓更多的人感受和共享中國(guó)超算領(lǐng)域發(fā)展的碩果。

(資料來源：中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)科學(xué)報(bào)、新華社、人民日?qǐng)?bào)、科技日?qǐng)?bào))