國家高性能計算發(fā)展現(xiàn)況

錢德沛北京航空航天大學教授，中德聯(lián)合軟件研究所所長

科研信息化有三個基本要素，第一，計算，第二，海量數(shù)據(jù)的存儲與處理，第三，交流與協(xié)同能力。這三個能力形成了科研信息化的支撐手段。當然網(wǎng)絡(luò)支撐所有的，包括計算、協(xié)同和數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罨A(chǔ)手段。

科研信息化關(guān)乎一國競爭力和科研水平的發(fā)展，是一種長久的計劃，不是可抓可不抓的問題。我國在高性能計算方面有很多的部署，從自然科學基金開始。自然科學基金剛剛設(shè)立了一個重大研究計劃，“高性能科學計算的基礎(chǔ)算法與可計算建?！?，該計劃將持續(xù)八年，投資1.8億人民幣，專門研究高性能計算的算法與建模方法。即將結(jié)束的一個重要計劃是以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的科學活動環(huán)境的研究，這個項目也是聚焦于網(wǎng)格技術(shù)來支撐我國的科學研究。

第一，計算方面。

“863計劃”最近十年連續(xù)支持了三期重大項目。第一期是從2002年到2005年，高性能計算機及核心軟件；第二期是“十一五”期間，2006年到2010年，高效能計算機及網(wǎng)格服務(wù)環(huán)境；第三期，是目前正在執(zhí)行的高效能計算機及應(yīng)用服務(wù)環(huán)境。這三期項目集中力量來解決高性能計算的資源、環(huán)境和應(yīng)用問題。“973計劃”設(shè)立了眾多的項目，相關(guān)的有2個。第一個執(zhí)行了3期，包括高性能科學計算算法研究和大規(guī)?？茖W計算研究。另一個是虛擬計算環(huán)境，也連續(xù)執(zhí)行了2期，一是聚合與協(xié)同機理研究，二是虛擬計算環(huán)境的基礎(chǔ)研究。

“863計劃”的指導(dǎo)思想有幾個轉(zhuǎn)變。第一個轉(zhuǎn)變是從1999年開始，從研究單臺高性能計算機，向研究國家高性能計算環(huán)境的轉(zhuǎn)變。第二個轉(zhuǎn)變是2006年，從強調(diào)單一性能指標的高性能計算機，到強調(diào)綜合指標的高效能計算機轉(zhuǎn)變。國家重大項目強調(diào)高性能計算機、高性能計算環(huán)境、高性能計算性應(yīng)用這三個方面的均衡協(xié)調(diào)發(fā)展，強調(diào)產(chǎn)學研用結(jié)合，同時特別強調(diào)多學科的交叉合作。這幾年，國家863計劃推出了一系列高效能計算機系統(tǒng)，2008年的深騰7000是150萬億次，曙光5000A是230萬億次；2010年推出了曙光6000，3000萬億次，天河一號是4700萬億次。2011年，我們用國產(chǎn)的處理器推出了千萬億次系統(tǒng)神威藍光，這是一個里程碑式的的成果，解決了國內(nèi)用自主研發(fā)的處理器實現(xiàn)千萬億次系統(tǒng)的突破。2013年6月，世界超級計算機500強中，天河二號名列第一，其峰值速度達到了5億億次?！?63計劃”將啟動第二臺10億億次的計算機研究，由神威藍光的團隊研制我國第二臺10億億次系統(tǒng)。可以看到，在系統(tǒng)研制方面，我們已經(jīng)走到了世界領(lǐng)先的地位。

第二，環(huán)境方面。

2002年到2005年期間，在國家“863計劃”重大專項的支持下，依托國產(chǎn)高性能計算機建立了中國國家網(wǎng)格。將全國8個結(jié)點連接起來，形成了18萬億次的計算能力，當時在全世界國家級的網(wǎng)格環(huán)境中名列第二。這一期的項目重點是解決資源共享、協(xié)同工作的技術(shù)問題，來支持多領(lǐng)域的應(yīng)用。 “十一五”期間，在“863計劃”的支持下，進一步發(fā)展了中國網(wǎng)格CNGRID，建立了中國國家網(wǎng)格服務(wù)環(huán)境，著重解決環(huán)境的服務(wù)形態(tài)，更好地支持應(yīng)用，網(wǎng)格規(guī)模發(fā)展到14個結(jié)點，聚合的計算能力達到3000萬億次以上。

正在執(zhí)行的“十二五”期間的“863”重大項目，進一步把國家網(wǎng)格服務(wù)環(huán)境升級為我國的高性能計算應(yīng)用服務(wù)環(huán)境，資源將進一步拓展。更重要的是要解決環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施的運行和新型運營模式，探索環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展途徑。CNGRID部署了450多個應(yīng)用和服務(wù)，支持了2800多個團隊用戶，用戶來自科研、教學和工業(yè)等；支持了1000多家國家級的科技項目的研發(fā)工作，同時對地方經(jīng)濟發(fā)展的重要工程項目也提供了計算支持。

第三，應(yīng)用方面。

在應(yīng)用方面我們支持了兩類應(yīng)用。一類應(yīng)用是強調(diào)資源共享、協(xié)同工作的網(wǎng)格應(yīng)用。包括新藥發(fā)現(xiàn)、氣象結(jié)合預(yù)報、科學數(shù)據(jù)網(wǎng)格、水利信息化、鐵路信息化等等，這類屬于網(wǎng)格應(yīng)用。另外一類應(yīng)用是強調(diào)計算能力，解決重大計算問題。比如計算化學、計算天文學、面向千萬億次的并行算法庫、大型流體機械的優(yōu)化設(shè)計、激光核聚變領(lǐng)域的并行計算軟件、天氣預(yù)報在國產(chǎn)千萬億次機上運行、大飛機的流場設(shè)計等等。目前正在發(fā)展的六個應(yīng)用，包括聚變與裂變能源數(shù)值模擬軟件系統(tǒng)研制、真實飛機外形全流場和優(yōu)化設(shè)計數(shù)值模擬、新藥研發(fā)與蛋白質(zhì)折疊數(shù)值模擬軟件、真實感動漫渲染系統(tǒng)、大型工程設(shè)備結(jié)構(gòu)力學、復(fù)雜電磁場環(huán)境數(shù)值模擬，以及支撐各類應(yīng)用的高性能計算應(yīng)用支撐軟件框架體系。

我們同時把云計算和網(wǎng)格技術(shù)有機地結(jié)合。中國國家網(wǎng)格服務(wù)環(huán)境CNGRID成為IaaS和PaaS，在應(yīng)用社區(qū)和網(wǎng)格服務(wù)環(huán)境之間建立起商業(yè)模式，目的是要促進高性能計算服務(wù)業(yè)。未來高性能計算應(yīng)該以服務(wù)業(yè)的形式來體現(xiàn)。即將建設(shè)的三個社區(qū)，一是工業(yè)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計，二是新藥創(chuàng)制，三是數(shù)字媒體和文化創(chuàng)意。

（本文整理自錢德沛教授在“第三屆中國科研信息化發(fā)展研討會”上的演講）