中國HPC進(jìn)入活躍發(fā)展期

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HPC在寒冬中回暖

由于受到幾乎波及全國的寒流的影響，11月初的深圳也有了北方初秋的感覺，海風(fēng)吹來讓人感到有些寒冷。

小趙是中山大學(xué)的研究生，他卻絲毫沒有感到任何涼意。他受自己所在實驗室的委派，專門來到深圳參加第四屆國際基因組學(xué)大會，除了對于老本行基因?qū)W方面的內(nèi)容很感興趣外，他對于大會第二天的云計算分會也充滿了好奇?！跋裎覀冊谶M(jìn)行基因研究，除了生物方面的分析研究外，還有一個很重要的就是要對后期的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這個工作量是非常大的，兩者缺一不可，只有這樣才能構(gòu)成完整的生物信息學(xué)研究?！毙≮w透露，他所在的實驗室由于缺少會編程、懂計算機的人，所以他們的很多后期數(shù)據(jù)分析都要交給專門的數(shù)據(jù)分析公司進(jìn)行處理，“一個項目要花幾萬元錢，還得耗掉將近一個月的時間，而我們往往有十幾個項目在同時進(jìn)行，開銷不小啊?！币虼耍≮w很想向計算機方面拓展一下自己的能力，希望以后能具有復(fù)合型的科研能力。

第四屆國際基因組學(xué)大會由華大基因研究院（以下簡稱“華大基因”）主辦，而“云計算與基因組”是這次大會的四大議題之一。在談到為何要舉辦這樣一次活動時，華大基因云計算負(fù)責(zé)人方林告訴記者，在生物學(xué)界，基因測序技術(shù)的突破性發(fā)展對基因組學(xué)數(shù)據(jù)分析能力提出了挑戰(zhàn)，華大基因憑借自認(rèn)強大的運算和存儲資源，推出了“華大基因生物云計算平臺”，就是希望最大程度地共享華大基因在基因組學(xué)數(shù)據(jù)分析方面豐富的經(jīng)驗和軟件資源、海量數(shù)據(jù)和信息資源。

“過去的兩三年，在生物技術(shù)方面有了重大的突破，生物測序能力有了成千上百倍的提升。過去，一個項目需要工作人員連續(xù)88天24小時工作; 而現(xiàn)在相同的項目，兩周時間所獲得的數(shù)據(jù)是過去的40倍。而帶來的結(jié)果，就是我們后臺數(shù)據(jù)處理平臺的計算能力也有了一個爆炸性的增加，兩者缺了誰，研究工作都有可能進(jìn)展不下去?！狈搅滞嘎叮A大基因目前在深圳的高性能計算中心的計算能力已經(jīng)達(dá)到了近40萬億次，未來的目標(biāo)是達(dá)到百萬億次。

除了傳統(tǒng)的石油物探、氣象、科學(xué)計算等領(lǐng)域以外，諸如華大基因這樣的從事生物基因研究以及從事動漫制作或電子商務(wù)的行業(yè)，近些年來也開始涉足高性能計算領(lǐng)域。

徐易來自中影集團電影數(shù)字制作基地有限公司，他正領(lǐng)導(dǎo)著自己的團隊制作一部名為《長江七號》的動畫大片。他們正在中影集團懷柔基地部署一套具有100個節(jié)點的高性能計算機，用于3D電影的后期制作。徐易的團隊有60多人，他很希望能有更多的既懂計算機方面的知識，又了解動畫制作的復(fù)合型人才加入到自己的團隊中?！澳壳埃@樣的人在我的團隊里面是少之又少，我希望將來通過自己的努力能改變這樣的局面?！?/P>

徐易表示，目前他們使用的很多商業(yè)軟件都提供了一些優(yōu)化功能，但是他們經(jīng)常還會有一些特殊的需求，如果有了這樣的復(fù)合型人才，使自己的團隊具備了軟件開發(fā)的能力; 他們就有可能在現(xiàn)有的功能上面進(jìn)行創(chuàng)新和延展，進(jìn)一步豐富和提高3D動畫的制作能力。此外，在更高一個層面上，甚至還可以對3D動畫生產(chǎn)流水線的管理水平帶來提升。

高性能計算咨詢委員會主席Gilad Shainer在10月28日舉行的“高性能計算咨詢委員會中國研討會”上表示，雖然之前受到了金融危機的影響，但是今年以來，高性能計算領(lǐng)域正在逐漸回暖復(fù)蘇。上海超級計算中心（以下簡稱“上海超算”）首席科學(xué)計算工程師、高性能計算應(yīng)用技術(shù)部經(jīng)理王濤博士也向記者表示，今年以來，向上海超算提交計算任務(wù)的用戶呈現(xiàn)出爆炸性的增長。11月1日發(fā)布的中國HPC TOP100排行榜也印證了中國高性能計算正在進(jìn)入一個活躍發(fā)展周期。

從榜單看發(fā)展

2009年10月29日，在2009年全國高性能計算學(xué)術(shù)年會（HPCChina 2009）上，中科院軟件研究所并行計算實驗室副主任張云泉研究員發(fā)布了“2009年中國高性能計算機性能TOP100排行榜”。

除了國產(chǎn)的“天河一號”千萬億次高性能計算機獲得榜首位置（歷史上首次出現(xiàn)峰值超過1PFlops的國產(chǎn)高性能計算機，并比預(yù)期的時間提前了一年）外，張云泉表示，今年的榜單仍舊有許多閃亮之處。

據(jù)張云泉介紹，今年中國HPC TOP100的總Linpack性能已經(jīng)達(dá)到了2.2PFlops，全部上榜的高性能計算機的Linpack性能超過了6.8Tflops; 榜單上有96臺采用的是機群架構(gòu)，其中前10名里9臺是4核機群, 8臺是刀片系統(tǒng)。

榜單顯示，國內(nèi)廠商制造的機器數(shù)量占上榜裝機數(shù)量的45%，比2008年的43%有小幅上升，曙光公司歷史上首次奪得中國TOP100數(shù)量份額第一名，打破了國外廠商連續(xù)保持中國TOP100數(shù)量份額第一名的記錄。從Linpack性能來看，國產(chǎn)機器的性能比例為59.31%，比2008年的55.93%小幅提升。而國外機器從2008年的44.07%小幅下降到40.69%。國防科技大學(xué)歷史上首次奪得中國TOP100總性能份額第一名。

張云泉表示: “中國HPC應(yīng)用主要分布在能源、游戲、科學(xué)計算、大氣氣象、工業(yè)、政府部門、教育、電信、生物信息、地震、電子商務(wù)、動漫制作、金融保險和視頻計算等14個領(lǐng)域。從上榜機器數(shù)量上看，能源領(lǐng)域仍舊是第一，占到20%，但是比2008年的35%有大幅下滑; 游戲領(lǐng)域占到了15%，第一次進(jìn)入前三名; 科學(xué)計算領(lǐng)域小幅上升，占到14%，保持第三。從機器Linpack性能上看，工業(yè)領(lǐng)域排名第一，游戲和科學(xué)計算分列第二、三位。綜合來看，能源、游戲、科學(xué)計算、工業(yè)等是HPC的主要用戶，電子商務(wù)作為HPC的新興應(yīng)用領(lǐng)域在中國TOP100上首次出現(xiàn)?！?/P>

今年的排行榜中，首次出現(xiàn)Linpack效率超過90%的機器，分別是IBM公司為南京大學(xué)提供的刀片機群和無錫江南計算技術(shù)研究所為中國氣象局提供的神威4000A，這兩套系統(tǒng)都采用了英特爾Nehalem 5500系列處理器和Infiniband技術(shù)。

張云泉認(rèn)為，目前TOP100總體性能已經(jīng)超過2000萬億次（PFlops），表明中國高性能計算機市場繼續(xù)穩(wěn)步增長; TOP100平均性能突破22萬億次，與國際水平差距仍為一年半; 榜單中有96套系統(tǒng)采用機群結(jié)構(gòu)，表明中國高性能計算機體系結(jié)構(gòu)創(chuàng)新變得更加嚴(yán)峻，何時能夠出現(xiàn)采用國產(chǎn)通用芯片的PFlops機器以及Linpack突破1PFlops大關(guān)的機器值得期待。

千萬億次的憂慮

伴隨著勇奪排行榜第一的喜訊，國防科技大學(xué)的工作人員在2009年高性能計算學(xué)術(shù)年會的現(xiàn)場，專門擺放了“天河一號”高性能計算機的部分樣機。每到會議間歇期間，就有眾多參會代表將這臺“龐然大物”圍得里三層外三層，大家都非常興奮，對這臺大家伙充滿了好奇，不斷地向工作人員咨詢各方面的問題。

千萬億次的超級計算機意味著什么？意味著“天河一號”計算一天，目前一臺配有主頻為2．5GHz、雙核CPU的臺式電腦就需要計算160年。160年絕對是一個能夠刺激大眾神經(jīng)、能讓人興奮的數(shù)字。但是參加本次大會的許多HPC專家和學(xué)者，在為中國計算機制造技術(shù)喝彩的同時，也表達(dá)出了某種隱約的憂慮。

王濤向記者列舉了一組數(shù)據(jù)，美國橡樹嶺國家實驗室科學(xué)計算作業(yè)中，運行在3萬個CPU核以上的任務(wù)占到了50%，而在上海超算，60%的科學(xué)計算運作都是在16個核以下，中國HPC的應(yīng)用水平與國外先進(jìn)水平還是有較大差距。

而造成這種差距的原因，業(yè)內(nèi)很多專家都認(rèn)為，是來自“軟”的方面。北京應(yīng)用物理與計算數(shù)學(xué)研究所袁國興研究員認(rèn)為，支撐高性能計算的兩大條件是高性能計算機和高性能的軟件程序。在他看來，前者隨著“天河一號”的誕生，表明中國已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平。但是對于后者，他并不是很樂觀?！耙恍﹪艺谘兄坪烷_發(fā)高逼真度、可檢驗、高效的三維預(yù)言性程序，美國NASA已經(jīng)有類似的規(guī)劃并投入了大量資金。而國內(nèi)很多高性能計算用戶大量使用的商用軟件或開源自由軟件，只是目標(biāo)程序。很難對物理假設(shè)、簡化、參數(shù)、計算格式、算法進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。計算規(guī)模不但受限制，計算精度、分辨率也不高，許多關(guān)鍵應(yīng)用因此而受到限制?！?/P>

袁國興認(rèn)為，要想改變中國高性能計算軟件落后的狀況，首先要提高HPC軟件開發(fā)、研制的力度，要有一個重要性、艱巨性和長期性的認(rèn)識; 其次是要從國家的高度，從學(xué)科建設(shè)的角度制定長遠(yuǎn)、明確的規(guī)劃和目標(biāo); 第三是要加大軟件投資力度; 第四是處理好繼承和創(chuàng)新、引進(jìn)和自主研制的關(guān)系; 最后，他還希望能在專門機構(gòu)的領(lǐng)導(dǎo)下，定期開展學(xué)術(shù)交流，通過匹配的計算機系統(tǒng)和計算環(huán)境滿足數(shù)值模擬及軟件研究的需要。

孫凝暉是中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所研究員，他的眼光更是長遠(yuǎn)，甚至放到了未來百萬萬億次計算技術(shù)對于中國高性能計算的挑戰(zhàn)。孫凝暉認(rèn)為，計算功耗比、超大規(guī)模并行計算、與計算能力相匹配的計算應(yīng)用需求、革命性的編程語言等問題都將是影響中國高性能計算發(fā)展的重要因素。

“要為中國的高性能計算打造一個良好的‘生態(tài)環(huán)境’，對算法研究和軟件編程加大投資，需要在全國范圍內(nèi)對國家計算基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化布局，根據(jù)應(yīng)用的需求確定相應(yīng)高性能計算機的特性，避免中國高性能計算機日趨同質(zhì)化?！睂O凝暉說。

王濤告訴記者，上海超算中心已經(jīng)發(fā)起了一個科學(xué)應(yīng)用規(guī)模倍增活動，希望通過自身的實際行動打造一個良好的高性能計算“生態(tài)環(huán)境”?！按笠?guī)模計算是超級計算機存在的主要目的，我們的這個計劃就是為了推廣大規(guī)模計算在中國HPC領(lǐng)域中的應(yīng)用，我們將為用戶提供部分計算經(jīng)費補貼，以此增加用戶計算規(guī)模，同時我們會向用戶提供自編高性能計算程序優(yōu)化。同時我們希望和國內(nèi)有志開發(fā)高性能計算應(yīng)用軟件的工程師或者公司合作，共同來發(fā)展中國高性能計算軟件，擺脫當(dāng)前受制于國外軟件廠商的困境。”

HPC也要轉(zhuǎn)型服務(wù)

據(jù)了解，“天河一號”未來的落腳點是天津，為濱海新區(qū)內(nèi)的各類研究機構(gòu)、企事業(yè)單位服務(wù)。聯(lián)想集團首席科學(xué)家祝明發(fā)就表示，未來高性能計算會朝著“服務(wù)”的方向發(fā)展。

在祝明發(fā)看來，信息技術(shù)正在成為標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)技術(shù)，而網(wǎng)絡(luò)計算將成為一種服務(wù)計算。他認(rèn)為，從Alliant、Convex到MIPS、Sun一系列失敗的教訓(xùn)中，可以總結(jié)發(fā)現(xiàn)，高性能計算的發(fā)展必須依托IT產(chǎn)業(yè)的服務(wù)。

Mellanox公司應(yīng)用程序性能部經(jīng)理劉通表示，高性能計算正在從過去某個應(yīng)用程序的專屬硬件設(shè)備向服務(wù)供應(yīng)商的角色轉(zhuǎn)變。而且這種轉(zhuǎn)變能夠帶來更大的生產(chǎn)力、更強的易用性和更高的效率?！敖?jīng)過分子動力學(xué)方面的實驗測試，高性能計算即服務(wù)（HPCaaS）是可行的。高性能計算作為一種服務(wù)能夠取得更大的系統(tǒng)靈活性，每一個應(yīng)用程序無需專用硬件資源，可以大大簡化使用模式，動態(tài)分配任務(wù)?！?/P>

曙光公司副總裁聶華站在上海超算這樣的超級計算中心的角度，認(rèn)為未來的高性能計算更像是一種“公共服務(wù)”?！罢鲗?dǎo)的新型超算中心建設(shè)將進(jìn)入快速發(fā)展階段，超算中心會成為國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的一部分，‘公共服務(wù)’會成為未來超算中心的基本屬性。隨著高性能計算應(yīng)用范圍不斷細(xì)分，超算中心的模式也將不斷拓展，例如面向教育和科研領(lǐng)域用戶的科學(xué)計算應(yīng)用的科研類; 提供計算、存儲和軟件資源，對企業(yè)用戶提供服務(wù)，按需付費的企業(yè)類; IT投資集中，建設(shè)成政務(wù)信息共享、交換中心的政務(wù)類; 面向金融、證券行業(yè)海量數(shù)據(jù)挖掘的金融類; 面向政府或大型企業(yè)，提供數(shù)據(jù)和應(yīng)用的災(zāi)難備份與恢復(fù)服務(wù)的災(zāi)備類; 進(jìn)行線上交易平臺與商務(wù)智能的電子商務(wù)類: 從事海量互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的處理和分析的數(shù)據(jù)處理類?！?/P>