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图为“神威·太湖之光”运算系统机仓
图为“神威·太湖之光”运算系统机仓内部
世界上最快的计算机换角了！6月20日，在德国法兰克福举行的国际超算大会发布了超级计算机TOP500榜单，中国“神威·太湖之光”计算机系统首次亮相，一举夺冠。此前，由我国国防科学技术大学研制的“天河二号”已创下“六连冠”的辉煌战绩。这标志着我国超级计算机研制能力已位居世界先进水平。
实现三大突破
“神威·太湖之光”计算机系统由国家并行计算机工程技术研究中心研制，落户在国家超级计算无锡中心，2015年12月21日完成整机系统性能测试，目前由清华大学负责运营。
“‘神威·太湖之光’的研制是‘十二五’期间国家863计划信息技术领域的重要部署，也是国家长期支持、技术积累的成果。”国家超级计算无锡中心主任杨广文教授介绍，这套超级计算机系统取得了三大突破，其峰值性能、持续性能、性能功耗比三项关键指标均居世界第一。
其一，数量级的突破。这是全球第一台运行速度超过10亿亿次/秒的超级计算机，峰值性能高达12.54亿亿次/秒，持续性能达到9.3亿亿次/秒，接近“天河二号”的3倍。杨广文教授打了个比方说，“神威·太湖之光”一分钟的计算能力相当于全球72亿人同时用计算器不间断计算32年。
其二，自主研发的突破。与“天河二号”采用INTEL处理器不同，“神威·太湖之光”全部采用自主中国芯：“申威26010”众核处理器。在国家超级计算无锡中心1000平米的主机房内，整齐排布着两组共40个运算机仓，每个机仓容纳1024个芯片，共计40960个芯片。据介绍，其单芯片的计算能力相当于3台2000年全球排名第一的超级计算机，当前性能指标达到国际领先水平。
其三，绿色节能的突破。杨广文教授说，过去超级计算机的用电量堪比一个中小城市，业界因此把能效比作为衡量其先进性的一项重要指标。“从低功耗、高集成度的处理器设计，到高速高密度的工程实现技术；从世界领先的高效水冷技术，到软硬件协同、智能化的功耗控制方法，‘神威·太湖之光’实现了层次化、全方位的绿色节能，功耗比达到每瓦特60.51亿次运算。”
角逐“国之重器”
计算与理论研究、科学实验并称为人类探索未知世界的三大科学手段。超级计算属于战略高技术领域，是世界各国竞相角逐的科技制高点。
我国自863计划实施以来，即持续支持超级计算系统的研发，但鉴于处理器设计制造起步较晚、基础薄弱，相当一段时间都不能摆脱受制于人的局面。2015年4月，美国宣布对中国禁售高性能处理器，再次为我们敲响警钟。杨广文教授表示，此番“神威·太湖之光”问鼎之举，足以打消由此给中国超算发展带来的顾虑。
航空航天、石油勘探、车船设计、动漫制作、新药研发、生物信息、气候模拟……超级计算广泛应用在从实体经济到战略领域的诸多方面。“一个系统先让它好用，才能把它用好。”杨广文教授表示，国家超级计算无锡中心将围绕江苏省及长三角经济圈的科技创新和产业升级发展需求，充分发挥清华大学的学科优势建设高性能计算和大数据服务环境，未来计划依托这个平台在无锡建设高性能计算机产业园。
截至目前，国家超级计算无锡中心已经承接了国内30多个重大应用项目。其中，清华大学地球系统科学研究中心在“神威·太湖之光”计算机系统上首次实现了百万核规模、高分辨率的地球系统数值模拟。清华大学研究人员薛巍介绍，此前我国的地球模拟系统模式只能达到200公里网格规模的分辨率，现在已可以开展25公里网格分辨率的地球系统模拟工作，甚至在海洋上还可以达到10公里，这就可以提供更局地更全面的地球演变过程的情况。
“有了这套计算机系统，我们可以在30天内完成未来100年的地球气候模拟，这在之前是不可想象的。”薛巍说，更为重要的是，它将全面提升我国应对极端气候事件和自然灾害的减灾防灾能力，同时大大增强我国在全球温室气体减排谈判中的科学话语权。此外，国家计算流体力学实验室对“天宫一号”返回路径的数值模拟结果，将为“天宫一号”返回提供精确预测；上海药物所开展的药物筛选和疾病机理研究，短短2周便完成常规需要10个月的计算，大大加速了白血病、癌症、禽流感等方向的药物设计进度。
戈登贝尔奖被喻为计算机高性能应用领域的诺贝尔奖。杨广文教授透露，2016年度戈登贝尔奖的6个提名中，“神威·太湖之光”就占了3个，分别涉及大气、海洋、材料三个领域的应用，今年有望实现我国在这个奖项上零的突破。
“神威·太湖之光”创纪录之后，百亿亿次量级计算机的研制也已经列入了我国“十三五”的攻坚目标。
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