“融合應該是一個趨勢。我們不光看到傳統的高性能計算與AI的融合，還看到計算架構的融合，也看到高性能計算也會以云計算的方式來提供服務。”日前，在2019聯想全球超算峰會上，中科院計算所所長孫凝暉說。
在這次峰會上，聯想發布了“深騰X9000融合計算平臺”，以高性能計算集群（HPC）為核心，平臺能夠在一個集群中同時運行高性能計算與人工智能開發作業，提供統一的資源調度功能。這是聯想瞄準了高性能計算的市場“蛋糕”，準備以“融合”的方式來破局。
近年來，中國超算迅速發展。但如何讓超算更好地為產業、生活服務一直是業內探討的焦點。
“早幾年我們一直在說，國產超算，在硬件系統方面走得比較快，但在應用方面跟美國、歐洲、日本等，還有比較大的差距。”第34屆國際超級計算大會主席、中國國家超級計算廣州中心主任盧宇彤曾說，以前超算是以系統為中心，關注優化程序，追求更高性能，但是到了超算中心以后，開始向以應用為中心轉變，讓更多的行業領域能夠更方便的使用超算。在人工智能、大數據和云計算等技術快速發展的環境下，超算與之也有了更深切的結合點。
E級超算制高點“爭奪戰”
毫無疑問，超級計算機正成為高性能計算式科技進步與科學突破的“發動機”。在最新的基礎科學領域——諸如大氣變化模擬、核聚變研究、生命科學、天體物理的研究中，超級計算機都在扮演越來越重要的角色。
10年前，我國首臺千萬億次超級計算機“天河一號”一期系統研制成功，自此成為繼美國之后第二個能夠研制千萬億次超級計算機的國家，并于次年摘取世界運算速度最快的超算桂冠。
而如今，新一代百億億次超算也就是E級超算，成為各國在超算領域追逐的新目標。E級超算是指每秒可進行百億億次數學運算的超級計算機，被全世界公認為“超級計算機界的下一頂皇冠”。
E級計算到底有多快？“天河一號”的峰值運算速度為每秒4700萬億次，它運算1小時，相當于全國13億人同時計算340年以上。E級超算的計算速度是“天河一號”的200倍，它運算1小時，相當于全國13億人民同時計算7萬年以上。
中國高性能計算重點研發專項總體組組長、中山大學數據科學計算機學院院長錢德沛介紹，在E級超算上，各國都不愿放棄“制高點”。迄今為止，美國能源部已投入18億美元建造三臺E級超算，第一臺A21將在2021年上半年上市；日本E級超算Fugaku的新一代ARM處理器已經完成，擴展了512位，內存采用了HBM（高帶寬存儲器）處理，“整個系統節點內存非常高”，計劃于明年推出試用；歐盟也不甘落后，將在2023年左右建立歐洲的E級計算的基礎設施。
我國在E級超算領域也有布局。中國石油東方地球物理公司研究院數據處理中心總工程師賴能和拿油氣勘探舉例，“如果沒有高性能計算機的話，物探很多算法是實現不了的，也談不上高精度勘探、高精度成像。”他說，做油氣勘探實際上就是給地球的近地表做CT（電子計算機斷層掃描），從采集開始就會產生海量的數據，對計算機的處理、存儲都有很大的挑戰。而現在，生產的實際需要對超算的高性能并行架構、算法等多方面都提出了更高的要求。
“發展到融合計算是一個自然的進程”
“未來十年是體系結構發展黃金時期”的觀點得到了業內越來越多的認可，中國工程院院士李國杰認為，目前超算正面臨“70年未有之大變局”。在能效增長遠低于速度增長，尤其在業界普遍認為摩爾定律正日漸失效的背景下，可能出現一個全新計算機架構的“寒武紀”大爆發。
聯想集團高級副總裁、數據中心業務集團中國區總裁童夫堯認為，高性能計算為人工智能、大數據的崛起提供了計算引擎，而人工智能、大數據又帶動高性能計算呈現新的發展形態。“可以看出，在各個層次上的協同設計會成為高性能計算發展的關鍵點。”李國杰也認為，在人工智能飛速發展的當下，面向智能應用的超級計算機是未來二十年需要高度重視的研究方向。
一個成功的案例是“初至波自動拾取”。地震發生后，地震觀測點最先接收到的波稱初至波。賴能和介紹，為了勘探石油，他們必須要進行初至波的拾取工作，過去完成一次初至波的拾取會產生30T的數據，“30T的數據得30個人連續干60多天，這其中全是重復勞動。”他說，有了“AI+HPC”后，用機器拾取每一秒鐘可以拾取一千個點，效率大大提升。
“計算發展到‘融合計算’是一個自然的進程。”聯想集團首席科學家、北京航空航天大學教授祝明發說，計算機性能提升的速度永遠不及需求的增加，加快提升計算力，推動計算力共享，并“賦能”科研院所、行業、企業是當務之急，與技術、行業、生態的融合發展才能更好地發展科技。
“自主可控不是一個可選項”
從1978年，我國啟動巨型計算機研制工程至今，中國超算已經走過了40余年，期間破解了多個“卡脖子”環節，硬生生闖出一條“新路”，走到了國際前列。但從全球范圍看，尤其是和美國相比，我們仍有不少差距。
這樣的差距存在超算的各個部分，包括高性能處理器和加速器，特別是3D的內存、新型的存儲器件、光交換和光傳輸等。前不久，中科曙光、江南計算技術研究所等E級超算原型機的研制方被美國商務部列入“實體清單”，許多瓶頸技術再無法從國際上尋求突破。
“在這樣一個國際環境下，我們現在發展肯定要有一個底線思維，自主可控可能不是一個可選項，而是唯一的出路。”錢德沛說，在外部限制甚至封鎖的條件下，如何繼續發展中國超算，是我們面臨的重大問題，雖然自主可控和開放合作并不矛盾，但只有自身強，有自己可以控制的技術才有可能廣泛地開展合作。
錢德沛建議，除了重視體系結構的研究，下一步，我們應特別重視構建高性能計算的生態環境。“現在只能依靠我們自己的處理器來研制系統，從操作系統語言、編譯開始到應用軟件的開發等，要盡快地通過技術輻射形成國產服務器的序列。如果構建不起我們的生態環境，我們的技術就沒有用。”
目前，我國大型科學計算的應用軟件基本上依靠進口。一些國家重大行業企業研發了部分應用軟件系統，但多數停留于自研自用，缺少相應的產業化工作，商業推廣應用能力不足。李國杰說，我國超算經費用于應用軟件開發的還不到10%，約為美國的1/6。補齊軟件短板的關鍵是人才，但目前能培養高性能計算軟件人才的大學很少，需要加強。
另外，“軟件開發要走開源的道路”，錢德沛說，軟件如果封閉在自家單位里那很難成熟。同時，還要重視超算和新技術的融合。他認為，未來各種智能的加速部件都會以數據為中心構建，因此，AI、大數據等應用將對超算的體系結構產生影響。
中國青年報·中國青年網記者 張均斌 來源：中國青年報