中國超算，20年四大步

EW：回溯近20年來中國超級計算機(jī)的發(fā)展歷程，你覺得中間哪幾個重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)不能不提？

LJ：20年前，中國高性能計算機(jī)是被西方禁運(yùn)的，而現(xiàn)在我們已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了自主可控。這其中經(jīng)歷了四個階段：第一個階段是上世紀(jì)90年代中期，我們只能實(shí)現(xiàn)軟件層面的自主，器件層面還是大量采購國外的部件來做機(jī)器。這也是現(xiàn)在中國高性能計算機(jī)生態(tài)環(huán)境不好的緣由之一，無法標(biāo)準(zhǔn)化，導(dǎo)致很多應(yīng)用有問題，在商業(yè)化市場上，大家習(xí)慣的軟件很難被應(yīng)用。

第二個階段是上世紀(jì)90年代后期，國家開始重視工業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)，很多器件甚至軟件就都得用國外廠商的，離自主又遠(yuǎn)了一點(diǎn)。那個時候大部件都通過進(jìn)口，就像汽車，可能分成幾大塊進(jìn)口，只在國內(nèi)組裝。

第三個階段是本世紀(jì)初期。2005年，我們就開始大量地把過去從國外進(jìn)口的大部件自己進(jìn)行設(shè)計。大概到2007年、2008年的時候，這些大部件已經(jīng)完全可以自己設(shè)計，但是核心的那些器件、軟件模塊還是用國外的，這個問題一直延續(xù)到今天。

第四個階段就是要真正地實(shí)現(xiàn)對所有技術(shù)的掌握和突破，而且讓它能和今天的工業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)很好地銜接。如果最后這一步走出去了，我想中國這個產(chǎn)業(yè)就能跑到全球的潮頭。

EW：目前中國超算行業(yè)格局是怎樣的？

LJ：國內(nèi)有三支隊伍在做：國防科技大學(xué)、江南計算所、中科曙光。其他兩家更多地可能是在某一領(lǐng)域去完成它的任務(wù)，它們能獲得很多國家的資源支撐。而曙光則是跟外國企業(yè)在市場上靠商業(yè)競爭，且人力成本要高于其他兩家。企業(yè)的特點(diǎn)是，它做什么東西，都要有市場價值。

在核心優(yōu)勢方面，國防科技大學(xué)有很好的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在自主高性能互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)方面也非常獨(dú)到；江南計算所有很好的CPU技術(shù)，在其他自主技術(shù)方面也很好；曙光則有很好的應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計能力、工程設(shè)計能力、用戶推廣能力等，此外，曙光是三家機(jī)構(gòu)中唯一完全市場化運(yùn)作的企業(yè)，在商業(yè)化方面，曙光是做得比較好的，更加注重高性能計算機(jī)的產(chǎn)品化和市場占有率。

在與國際上的IBM等公司的市場競爭中，我們的策略是，產(chǎn)品做好、技術(shù)做好、做得穩(wěn)定可靠，讓機(jī)器好用又耐用，價格適中。市場競爭就是這么回事。

EW：中科曙光在超算業(yè)務(wù)上有哪些關(guān)鍵產(chǎn)品？

LJ：十多年前，“曙光4000A”是中國第一個進(jìn)入全球高性能計算機(jī)TOP500排行榜且位列前十名的系統(tǒng)。這對于那時的我們來說，已經(jīng)是非常好的成績了，因?yàn)閺倪^去的默默無名，突然排到了前十。后來到“曙光5000A”，也是排到了全球前十名。在“曙光6000”出來的時候，已經(jīng)是全球第二名。“曙光6000”的設(shè)計目標(biāo)是市場化的需求，所以它的應(yīng)用非常好用，裝在深圳超算中心，一年能收取兩個億的服務(wù)費(fèi)，非常完美。

現(xiàn)在，曙光新一代高性能計算機(jī)正在研發(fā)。它是一款面向某一類特殊應(yīng)用的機(jī)器，比如氣象、航空航天等，大概明年就能完成。它針對某一族應(yīng)用去做優(yōu)化，因?yàn)椴煌愋偷膽?yīng)用所需的架構(gòu)都不一樣。曙光新一代高性能計算機(jī)經(jīng)歷了長時間研制的原因就在于，它不斷地根據(jù)應(yīng)用的變化在調(diào)整。

EW：之前《華爾街日報》 報道“神威·太湖之光”時曾稱，中國的超算已經(jīng)超過了美國。對此，你怎么看？

LJ：雖然中國的“神威·太湖之光”的性能超過了美國現(xiàn)有計算機(jī)的性能，但這個性能是指Linpack的性能，這個話得說嚴(yán)謹(jǐn)。

從行業(yè)角度來說，我不認(rèn)為中國超算已經(jīng)超越美國。美國超算做得非常扎實(shí)，它的機(jī)器跟應(yīng)用匹配著做，應(yīng)用層面我們盡管在快速追趕，但仍然稍有脫節(jié)。系統(tǒng)和應(yīng)用的結(jié)合、和應(yīng)用的匹配，這是最重要的。這也是我們現(xiàn)在跟人家相比最大的短板：一方面，中國超算對應(yīng)用的支持還不是很好；另一方面，它的應(yīng)用領(lǐng)域也太窄，僅限于科學(xué)計算，還沒有延伸到信息服務(wù)領(lǐng)域中去。

“神威·太湖之光”雖然在TOP500中已經(jīng)排名第一，但它是獨(dú)立自己做的CPU，很多市面上的應(yīng)用它跑不了，而且本身架構(gòu)不適合做信息的處理，它主要還是在解方程。

EW：能否詳細(xì)講述一下，超算是如何應(yīng)用在這些科學(xué)尖端領(lǐng)域的，對我們?nèi)粘Ｉ钣钟心男┯绊懀?/p>

LJ：超算在包括航空航天、石油、電力、水利、生物、制藥、環(huán)境、國防、教育、醫(yī)療、金融、電信、政務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)、云計算等各個領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。在這些領(lǐng)域，以數(shù)字形式存在的海量信息，只有依靠這種大型計算機(jī)，才能進(jìn)行處理和分析。

在尖端科學(xué)領(lǐng)域，以氣象為例，由中科院大氣物理所、曙光公司、中科院計算所、中科院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心聯(lián)合研發(fā)和創(chuàng)制的“地球數(shù)值模擬裝置”原型系統(tǒng)，讓科學(xué)家可以實(shí)現(xiàn)對大氣、洋流、地殼、生態(tài)等的仿真研究，用于還原或預(yù)測地球自然變化過程，可用于應(yīng)對全球變化、防災(zāi)減災(zāi)和環(huán)境治理等問題。

此外，2013年“嫦娥三號”在月面成功軟著陸。這個過程中，曙光高性能計算機(jī)對“嫦娥三號”的軌道設(shè)計、實(shí)時計算、預(yù)報等也起到了非常重要的保障作用。

再舉幾個跟我們?nèi)粘Ｉ钕嚓P(guān)的例子。高性能計算集群能夠助力霧霾預(yù)報，通過對污染源、區(qū)域污染數(shù)據(jù)的精細(xì)化分析，為污染防控提供決策指導(dǎo)。如大家熟悉的去年9月抗戰(zhàn)勝利 70 周年閱兵期間的“閱兵藍(lán)”和G20的“西湖藍(lán)”都是基于超算的預(yù)測分析和追因溯源才得以實(shí)現(xiàn)的。

去年閱兵期間，以曙光高性能計算集群為核心的中國環(huán)境監(jiān)測總站針對京津冀及周邊區(qū)域大氣污染過程進(jìn)行不少于未來7天的預(yù)報預(yù)警、潛勢預(yù)測以及污染源貢獻(xiàn)追因。今年9月在杭州舉辦的 G20，曙光高性能計算機(jī)系統(tǒng)建立了適用于浙江省及杭州市的區(qū)域空氣質(zhì)量數(shù)值模型。利用這個模型，再結(jié)合氣象條件、監(jiān)測數(shù)據(jù)和大氣污染物排放清單，制定了 G20 峰會空氣質(zhì)量保障控制措施。

從超算到E級超算

EW：時下超算已成為深度學(xué)習(xí)的引擎。曙光在人工智能方面有哪些想法？

LJ：當(dāng)我們把這個超級計算機(jī)的應(yīng)用擴(kuò)展到信息服務(wù)、信息處理這個領(lǐng)域，包括大數(shù)據(jù)平臺，大數(shù)據(jù)的處理、分析、挖掘，再加上一些新的技術(shù)，它就變成了人工智能，變成了可以通過機(jī)器去深度地學(xué)習(xí)。它的脈絡(luò)就是這么過來的。不過，對于人工智能來說，雖然計算能力很重要，但更重要的還是算法、模型、軟件等。二者相結(jié)合，加上市場上有商業(yè)利益驅(qū)動，我相信會發(fā)展得非?？臁?/p>

對曙光自身來說，今年4月跟寒武紀(jì)簽約合作，此前也跟如NVIDIA、致生聯(lián)發(fā)等公司在人工智能方面有合作。以寒武紀(jì)為例，它的芯片技術(shù)在人工智能領(lǐng)域是比較優(yōu)秀的，但因?yàn)槿斯ぶ悄艿膽?yīng)用領(lǐng)域很廣泛，只一個寒武紀(jì)是不行的，所以我們也在積極地跟其他企業(yè)尋求合作，面向E級機(jī)開發(fā)新一代的所謂的加速部件。比如，我們還跟NVIDIA一起合作進(jìn)行這方面的研究，以便讓我們的E級機(jī)在推出的時候能有非常好的面向人工智能應(yīng)用的性能。

EW：“十三五”規(guī)劃里面，國家對E級超算十分重視。研制E級超算的時間表是怎樣的？

LJ：大型計算機(jī)的研制周期平均約為3～5年。E級超算還有一段相當(dāng)長的路要走，計劃在2020年去完成一臺有百億億次計算能力的機(jī)器，其研發(fā)經(jīng)費(fèi)預(yù)計約為30億元。

預(yù)計在2018年，能夠拿出一個原型系統(tǒng)。它是一個縮小比例的、1/16計算能力的機(jī)器，但內(nèi)部構(gòu)造基本相同。按照預(yù)期目標(biāo)，該原型系統(tǒng)能效比為10GFlops/W以上，保證可擴(kuò)展至10萬節(jié)點(diǎn)、PUE（Power Usage Effectiveness，是評價數(shù)據(jù)中心能源效率的指標(biāo)）低至一定水平。在完成原型機(jī)的過程中，所有相關(guān)的技術(shù)就基本都完成了，再花兩年左右的時間進(jìn)一步完善，然后把規(guī)模做大。

在“十三五”規(guī)劃里面，江南計算所、國防科技大學(xué)、中科曙光三家會一起來推動E級超算。最后根據(jù)對這三家原型系統(tǒng)的評估，誰的架構(gòu)最優(yōu)就以誰為主，另外兩家合作。比如“十二五”規(guī)劃的無錫那臺超級計算機(jī)，雖然主計算分區(qū)是由江南計算所搭建，但服務(wù)分區(qū)是曙光搭建的。

EW：如今在全球范圍內(nèi)超算性能排第一的“神威·太湖之光”，它的性能峰值達(dá)到了125Pflops。如果再邁到E級超算，性能再提高一個數(shù)量級，會不會面臨性能過剩而應(yīng)用跟不上的情況？

LJ：現(xiàn)在的問題就是超級計算機(jī)的技術(shù)發(fā)展正面臨左右兩難的狀況。很多超級計算機(jī)一味地去追求性能，而這種性能的測算體系是以一道題做基準(zhǔn)去測出來的。比方如Linpack，它是一種數(shù)學(xué)方法，解一個方程組，看誰用的時間短，決定它的效率。但是在今天看，這一臺大型計算機(jī)會解方程組，不代表它會做別的，超級計算機(jī)在面對不同算法、不同應(yīng)用時，效率差距極大。

100Pflops級別的性能已經(jīng)很好了，而未來的E級機(jī)，性能又高了10倍，如果依然像現(xiàn)在這樣，應(yīng)用層面依然做不好的話，等于弄了一堆廢鐵，肯定是不行的。所以要在追求應(yīng)用靈活性、廣泛性的基礎(chǔ)上，兼顧它的性能峰值，這才是未來的方向。

EW：相較你剛才提到的Linpack測試，有沒有更加能反映機(jī)器實(shí)際性能的測試方法？

LJ：Linpack的方法已經(jīng)使用20年了。在20年前，因?yàn)槌売嬎銠C(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域很窄，基本上是以解代數(shù)方程為最主要的應(yīng)用，所以那時的測試方法就用了Linpack?？墒窃诮裉?，超級計算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)五花八門，用一個指標(biāo)已經(jīng)不能完全衡量其性能了?，F(xiàn)在又出來如HPCG等一系列的測試方法，它們是一個綜合體系，用一組應(yīng)用進(jìn)行測試，每個應(yīng)用的測試結(jié)果最后進(jìn)行加權(quán)，用一個算法平均出其綜合的性能，這就更容易反映機(jī)器在復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境里面的真實(shí)性能。

EW：之前“神威·太湖之光”能效比是6GFlops/W，而按照當(dāng)前國際公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)， E級超算的能效比至少要達(dá)到50GFlops/W。實(shí)現(xiàn)這一跨越，會面臨哪些方面的困難？

LJ：整個計算機(jī)里面，最耗電的就是CPU，其他如內(nèi)存等相對耗電量很小。對于我們來說，似乎唯一的方法就是在相同功耗的情況下提高芯片的性能，或者說提高它的集成度?，F(xiàn)在芯片都是用28納米的工藝，很快就要用到14納米甚至7納米的工藝。在摩爾定律下，線寬越來越窄，它集成電路的數(shù)量就越來越多，并行起來的性能就越來越高。

此外，業(yè)界也有討論用異構(gòu)加速或異構(gòu)綜合的方式來降低功耗。目前有大量的算法是通過軟件迭代來產(chǎn)生結(jié)果的，耗時非常長。異構(gòu)加速這種加速部件，里面是硬件的CPU單元，它用硬件來處理一些特定的應(yīng)用，能將耗時的、效率很低的東西，更高速地去進(jìn)行處理和計算。未來超級計算機(jī)的架構(gòu)，既要滿足工業(yè)的通用標(biāo)準(zhǔn)，又要滿足性能要求，這種異構(gòu)的通過高性能加速部件來構(gòu)成的超級計算機(jī)，在我看來是未來的主流。

最后，在能耗這方面還有一個名詞叫PUE，“1”是最好的，我們追求的目標(biāo)就是讓它趨近于1，即不需要花額外的能耗去處理冷卻的問題，這是一個終極目標(biāo)。我想，我們的E級機(jī)在這個上面會有重要的突破，讓PUE趨近于“1”，讓機(jī)器自己來冷卻自己。

EW：與現(xiàn)在相比，E級超算在應(yīng)用層面會有哪些不同？

LJ：一方面，現(xiàn)在的超算在應(yīng)用層面問題依然突出；另一方面，不同用戶對應(yīng)用的需求也不一樣。這都是我們正在面臨的挑戰(zhàn)。

但在E級超算出來后，通過軟件定義系統(tǒng)，一個大機(jī)器可以分成若干個適應(yīng)不同應(yīng)用的區(qū)域，通過軟件來定義這個區(qū)域。比如如果是人工智能應(yīng)用的話，我們的加速部件的性能和數(shù)量就要更多，這樣的話，就可以通過軟件在實(shí)時應(yīng)用場景下去重新配置這個機(jī)器，讓它更適合這類應(yīng)用。

這樣一來，在應(yīng)用層面將幾乎沒有限制。在全球范圍內(nèi)，99%的科學(xué)計算應(yīng)用，它都能良好地支持；同時能夠支持采用全球工業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)的云計算、大數(shù)據(jù)，云服務(wù)、云存儲等方面的應(yīng)用。如果騰訊愿意，甚至微信也可以在這上面得到支持，但這里面就涉及一系列的技術(shù)，不在芯片上做文章是很難實(shí)現(xiàn)的。

戰(zhàn)略布局再縱深

EW：國產(chǎn)芯片這個行業(yè)，它跟國外的差距到底有多大？

LJ：這就是全面的差距了。英特爾從1968年就開始了。在這幾十年當(dāng)中，數(shù)千億美元、數(shù)萬名工程師的投入，才造就了他們的現(xiàn)在。中國的龍芯是1998年開始，差30年，投入了數(shù)億元人民幣、數(shù)百名工程師，這個差距是顯然的。但是從趨勢上來看，國內(nèi)芯片行業(yè)是越來越好了。

EW：未來在E級超算研發(fā)方面，中科曙光還有哪些重要舉措？

LJ：我們目前一系列的技術(shù)創(chuàng)新都圍繞著E級機(jī)在展開，這里面包括高性能的冷卻系統(tǒng)、高性能的網(wǎng)絡(luò)、高性能的計算部件等，都有不同的團(tuán)隊在工作。預(yù)計到明年年底，可以公布成果。

EW：這些團(tuán)隊的人才從何而來？

LJ：這里面就有中科院的優(yōu)勢，人才是中科院對這個產(chǎn)業(yè)的重大貢獻(xiàn)之一。超算這個東西不僅要懂計算機(jī)，還得懂化學(xué)、力學(xué)等各個學(xué)科的知識，才能去幫助人家做一些事。而中科院有那么多不同領(lǐng)域的研究所和學(xué)習(xí)不同學(xué)科的學(xué)生，我們會從各個研究所找來這些跨界的人才。

EW：除了高端計算機(jī)，中科曙光其他業(yè)務(wù)現(xiàn)在發(fā)展得如何？

LJ：在存儲方面，像今天互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，大規(guī)模的、高可靠性的數(shù)據(jù)存儲，是并行存儲的。曙光有一個分布式存儲系統(tǒng)，完全自主，性能也非常好。這個東西我們做了接近10年的時間，一直在不斷地發(fā)展，存儲業(yè)務(wù)營收今年上半年增長了14.53%。另外，我們在信息安全等領(lǐng)域也都有不同的團(tuán)隊在做。

EW：據(jù)8月23日公布的中科曙光2016年中報，軟件、系統(tǒng)集成及技術(shù)服務(wù)營收增速比較快，相較上年，增幅達(dá)到了60.63%。這和云計算以及智慧城市發(fā)展有關(guān)系嗎？

LJ：有關(guān)系。2008年，我們在成都建立了全國第一個云計算中心。后來，隨著我們“數(shù)據(jù)中國”戰(zhàn)略往前發(fā)展，目前，曙光已在全國20多個城市建成了云計算中心，運(yùn)行的政務(wù)應(yīng)用和智慧城市應(yīng)用種類超過了1000個。此外，中科曙光已經(jīng)參與了30多個城市云的建設(shè)，匯集數(shù)據(jù)達(dá)30多PB。城市云和行業(yè)云的建設(shè)使得公司在全國范圍初步建成了一個云數(shù)據(jù)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

包括云計算，包括大數(shù)據(jù)，市場上也有其他的一些公司在做，但中科曙光有自己的優(yōu)勢：第一是軟硬件的體系，都是我們自己的，這使得我們能夠更高效、更快速地提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)；第二是我們的城市云，它不是萬金油，而是完全針對這個城市的應(yīng)用需求去設(shè)計，所以它涉及的目標(biāo)極其明確，是非常收斂的系統(tǒng)。

EW：你是如何定義智慧城市這一概念的，它能夠幫助人們改變生活中的哪些事情？

LJ：我們不叫智慧城市，就叫城市云——城市的數(shù)據(jù)體系。今天所謂的人工智能大部分是基于歷史的數(shù)據(jù)記錄，然后去預(yù)測未來，這樣的人工智能，僅僅靠數(shù)學(xué)模型，它的精度還比較差。

我們的“數(shù)據(jù)中國”戰(zhàn)略希望把超級計算機(jī)技術(shù)、今天的云計算技術(shù)以及大數(shù)據(jù)處理技術(shù)能做一個充分地融合。我們打算在各處，比方說在全國，在百個城市分別建立以城市云計算中心為載體的一個城市大腦，把一個城市所有信息放在里面，形成一個大的數(shù)據(jù)平臺。

這個數(shù)據(jù)平臺是一個可視化地理信息系統(tǒng)，簡單來說就是一張大地圖，在地圖上有各種數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)分為不同的圖層，一類數(shù)據(jù)就是一個圖層，比如，老年人的住址、公交路線數(shù)據(jù)、天氣狀況等都可以成為一個圖層。

在這樣的大數(shù)據(jù)體系里面，通過應(yīng)用把不同圖層之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，這些數(shù)據(jù)就像真的神經(jīng)元，等這樣的神經(jīng)元聯(lián)系建立得足夠多，它就是個大腦了。今天已經(jīng)能使用一些了，但還要邊使用邊完善，這是一個動態(tài)的過程。

EW：之前曙光還提出過“云和計劃”，這是怎樣一個體系呢？

LJ：在城市云的推動過程中，一家企業(yè)的力量還是太單薄了，所以我們希望在一個城市里面找到合作伙伴，能夠并行地處理一些事。我們自己做，一年建設(shè)5個、7個已經(jīng)是很大的工作量了，但請一些合伙人一起建設(shè)，這樣能快一點(diǎn)。曙光也會為加盟者提供統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計，包括當(dāng)?shù)刂腔鄢鞘许椖康捻攲釉O(shè)計、技術(shù)架構(gòu)，以及城市云中心的業(yè)務(wù)范圍、發(fā)展規(guī)劃等方面。

EW：在信息安全方面，目前國內(nèi)整體發(fā)展?fàn)顟B(tài)是怎樣的？

LJ：我們以前提“全面自主”，但全面自主并不意味著安全?，F(xiàn)在已經(jīng)開始提“安全可控”。信息安全這個東西最重要的一點(diǎn)是可控?？煽刂傅氖?，發(fā)現(xiàn)問題后，我們有對策解決。對于我們產(chǎn)業(yè)界來說，就是要有自己的設(shè)計能力，這樣一來，應(yīng)對安全威脅的能力就大幅度提高了。

此外，安全也分不同的級別。不同的部門，不同的機(jī)構(gòu)，對安全級別的要求千差萬別。比方說國家的機(jī)要系統(tǒng)，對安全級別要求較高，而信息安全的威脅其中之一就是入侵，通過你的各種漏洞，軟件的漏洞、硬件的漏洞入侵，去偷走你的數(shù)據(jù)。對這些系統(tǒng)來說，使用龍芯的機(jī)器就很難入侵，因?yàn)槟切┤肟趧e人都不知道，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)是我們自己的而非通用的。不過，需要這一安全級別的機(jī)器占比不多，曙光的產(chǎn)品中每年約1萬臺，占比不到10%。

EW：對于超算來說，安全也是很重要的一個方面嗎？

LJ：超級計算機(jī)最重要的追求倒不是信息安全，它更多的是從產(chǎn)業(yè)安全的角度出發(fā)。比如，在“神威·太湖之光”之前的“天河二號”使用了英特爾公司研發(fā)的芯片，而去年出臺的一項美國出口禁令使該系統(tǒng)未能獲得升級所需芯片?，F(xiàn)在要做的就是，突破這些技術(shù)，達(dá)到自主可控。如果再給你禁運(yùn)怎么辦？不怕，可以自己做。

EW：能否透露下中科曙光的未來發(fā)展方向？

LJ：在E級超算的研發(fā)之外，我們對未來的期望是，能夠提供一整套IT系統(tǒng)，企業(yè)或者大機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)中心里幾乎所有裝備，我們曙光都能提供。