中国HPC进入活跃发展期

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HPC在寒冬中回暖

由于受到几乎波及全国的寒流的影响，11月初的深圳也有了北方初秋的感觉，海风吹来让人感到有些寒冷。

小赵是中山大学的研究生，他却丝毫没有感到任何凉意。他受自己所在实验室的委派，专门来到深圳参加第四届国际基因组学大会，除了对于老本行基因学方面的内容很感兴趣外，他对于大会第二天的云计算分会也充满了好奇。“像我们在进行基因研究，除了生物方面的分析研究外，还有一个很重要的就是要对后期的数据进行分析，这个工作量是非常大的，两者缺一不可，只有这样才能构成完整的生物信息学研究。”小赵透露，他所在的实验室由于缺少会编程、懂计算机的人，所以他们的很多后期数据分析都要交给专门的数据分析公司进行处理，“一个项目要花几万元钱，还得耗掉将近一个月的时间，而我们往往有十几个项目在同时进行，开销不小啊。”因此，小赵很想向计算机方面拓展一下自己的能力，希望以后能具有复合型的科研能力。

第四届国际基因组学大会由华大基因研究院（以下简称“华大基因”）主办，而“云计算与基因组”是这次大会的四大议题之一。在谈到为何要举办这样一次活动时，华大基因云计算负责人方林告诉记者，在生物学界，基因测序技术的突破性发展对基因组学数据分析能力提出了挑战，华大基因凭借自认强大的运算和存储资源，推出了“华大基因生物云计算平台”，就是希望最大程度地共享华大基因在基因组学数据分析方面丰富的经验和软件资源、海量数据和信息资源。

“过去的两三年，在生物技术方面有了重大的突破，生物测序能力有了成千上百倍的提升。过去，一个项目需要工作人员连续88天24小时工作; 而现在相同的项目，两周时间所获得的数据是过去的40倍。而带来的结果，就是我们后台数据处理平台的计算能力也有了一个爆炸性的增加，两者缺了谁，研究工作都有可能进展不下去。”方林透露，华大基因目前在深圳的高性能计算中心的计算能力已经达到了近40万亿次，未来的目标是达到百万亿次。

除了传统的石油物探、气象、科学计算等领域以外，诸如华大基因这样的从事生物基因研究以及从事动漫制作或电子商务的行业，近些年来也开始涉足高性能计算领域。

徐易来自中影集团电影数字制作基地有限公司，他正领导着自己的团队制作一部名为《长江七号》的动画大片。他们正在中影集团怀柔基地部署一套具有100个节点的高性能计算机，用于3D电影的后期制作。徐易的团队有60多人，他很希望能有更多的既懂计算机方面的知识，又了解动画制作的复合型人才加入到自己的团队中。“目前，这样的人在我的团队里面是少之又少，我希望将来通过自己的努力能改变这样的局面。”

徐易表示，目前他们使用的很多商业软件都提供了一些优化功能，但是他们经常还会有一些特殊的需求，如果有了这样的复合型人才，使自己的团队具备了软件开发的能力; 他们就有可能在现有的功能上面进行创新和延展，进一步丰富和提高3D动画的制作能力。此外，在更高一个层面上，甚至还可以对3D动画生产流水线的管理水平带来提升。

高性能计算咨询委员会主席Gilad Shainer在10月28日举行的“高性能计算咨询委员会中国研讨会”上表示，虽然之前受到了金融危机的影响，但是今年以来，高性能计算领域正在逐渐回暖复苏。上海超级计算中心（以下简称“上海超算”）首席科学计算工程师、高性能计算应用技术部经理王涛博士也向记者表示，今年以来，向上海超算提交计算任务的用户呈现出爆炸性的增长。11月1日发布的中国HPC TOP100排行榜也印证了中国高性能计算正在进入一个活跃发展周期。

从榜单看发展

2009年10月29日，在2009年全国高性能计算学术年会（HPCChina 2009）上，中科院软件研究所并行计算实验室副主任张云泉研究员发布了“2009年中国高性能计算机性能TOP100排行榜”。

除了国产的“天河一号”千万亿次高性能计算机获得榜首位置（历史上首次出现峰值超过1PFlops的国产高性能计算机，并比预期的时间提前了一年）外，张云泉表示，今年的榜单仍旧有许多闪亮之处。

据张云泉介绍，今年中国HPC TOP100的总Linpack性能已经达到了2.2PFlops，全部上榜的高性能计算机的Linpack性能超过了6.8Tflops; 榜单上有96台采用的是机群架构，其中前10名里9台是4核机群, 8台是刀片系统。

榜单显示，国内厂商制造的机器数量占上榜装机数量的45%，比2008年的43%有小幅上升，曙光公司历史上首次夺得中国TOP100数量份额第一名，打破了国外厂商连续保持中国TOP100数量份额第一名的记录。从Linpack性能来看，国产机器的性能比例为59.31%，比2008年的55.93%小幅提升。而国外机器从2008年的44.07%小幅下降到40.69%。国防科技大学历史上首次夺得中国TOP100总性能份额第一名。

张云泉表示: “中国HPC应用主要分布在能源、游戏、科学计算、大气气象、工业、政府部门、教育、电信、生物信息、地震、电子商务、动漫制作、金融保险和视频计算等14个领域。从上榜机器数量上看，能源领域仍旧是第一，占到20%，但是比2008年的35%有大幅下滑; 游戏领域占到了15%，第一次进入前三名; 科学计算领域小幅上升，占到14%，保持第三。从机器Linpack性能上看，工业领域排名第一，游戏和科学计算分列第二、三位。综合来看，能源、游戏、科学计算、工业等是HPC的主要用户，电子商务作为HPC的新兴应用领域在中国TOP100上首次出现。”

今年的排行榜中，首次出现Linpack效率超过90%的机器，分别是IBM公司为南京大学提供的刀片机群和无锡江南计算技术研究所为中国气象局提供的神威4000A，这两套系统都采用了英特尔Nehalem 5500系列处理器和Infiniband技术。

张云泉认为，目前TOP100总体性能已经超过2000万亿次（PFlops），表明中国高性能计算机市场继续稳步增长; TOP100平均性能突破22万亿次，与国际水平差距仍为一年半; 榜单中有96套系统采用机群结构，表明中国高性能计算机体系结构创新变得更加严峻，何时能够出现采用国产通用芯片的PFlops机器以及Linpack突破1PFlops大关的机器值得期待。

千万亿次的忧虑

伴随着勇夺排行榜第一的喜讯，国防科技大学的工作人员在2009年高性能计算学术年会的现场，专门摆放了“天河一号”高性能计算机的部分样机。每到会议间歇期间，就有众多参会代表将这台“庞然大物”围得里三层外三层，大家都非常兴奋，对这台大家伙充满了好奇，不断地向工作人员咨询各方面的问题。

千万亿次的超级计算机意味着什么？意味着“天河一号”计算一天，目前一台配有主频为2．5GHz、双核CPU的台式电脑就需要计算160年。160年绝对是一个能够刺激大众神经、能让人兴奋的数字。但是参加本次大会的许多HPC专家和学者，在为中国计算机制造技术喝彩的同时，也表达出了某种隐约的忧虑。

王涛向记者列举了一组数据，美国橡树岭国家实验室科学计算作业中，运行在3万个CPU核以上的任务占到了50%，而在上海超算，60%的科学计算运作都是在16个核以下，中国HPC的应用水平与国外先进水平还是有较大差距。

而造成这种差距的原因，业内很多专家都认为，是来自“软”的方面。北京应用物理与计算数学研究所袁国兴研究员认为，支撑高性能计算的两大条件是高性能计算机和高性能的软件程序。在他看来，前者随着“天河一号”的诞生，表明中国已经达到了世界先进水平。但是对于后者，他并不是很乐观。“一些国家正在研制和开发高逼真度、可检验、高效的三维预言性程序，美国NASA已经有类似的规划并投入了大量资金。而国内很多高性能计算用户大量使用的商用软件或开源自由软件，只是目标程序。很难对物理假设、简化、参数、计算格式、算法进行调整和改进。计算规模不但受限制，计算精度、分辨率也不高，许多关键应用因此而受到限制。”

袁国兴认为，要想改变中国高性能计算软件落后的状况，首先要提高HPC软件开发、研制的力度，要有一个重要性、艰巨性和长期性的认识; 其次是要从国家的高度，从学科建设的角度制定长远、明确的规划和目标; 第三是要加大软件投资力度; 第四是处理好继承和创新、引进和自主研制的关系; 最后，他还希望能在专门机构的领导下，定期开展学术交流，通过匹配的计算机系统和计算环境满足数值模拟及软件研究的需要。

孙凝晖是中国科学院计算技术研究所研究员，他的眼光更是长远，甚至放到了未来百万万亿次计算技术对于中国高性能计算的挑战。孙凝晖认为，计算功耗比、超大规模并行计算、与计算能力相匹配的计算应用需求、革命性的编程语言等问题都将是影响中国高性能计算发展的重要因素。

“要为中国的高性能计算打造一个良好的‘生态环境’，对算法研究和软件编程加大投资，需要在全国范围内对国家计算基础设施进行优化布局，根据应用的需求确定相应高性能计算机的特性，避免中国高性能计算机日趋同质化。”孙凝晖说。

王涛告诉记者，上海超算中心已经发起了一个科学应用规模倍增活动，希望通过自身的实际行动打造一个良好的高性能计算“生态环境”。“大规模计算是超级计算机存在的主要目的，我们的这个计划就是为了推广大规模计算在中国HPC领域中的应用，我们将为用户提供部分计算经费补贴，以此增加用户计算规模，同时我们会向用户提供自编高性能计算程序优化。同时我们希望和国内有志开发高性能计算应用软件的工程师或者公司合作，共同来发展中国高性能计算软件，摆脱当前受制于国外软件厂商的困境。”

HPC也要转型服务

据了解，“天河一号”未来的落脚点是天津，为滨海新区内的各类研究机构、企事业单位服务。联想集团首席科学家祝明发就表示，未来高性能计算会朝着“服务”的方向发展。

在祝明发看来，信息技术正在成为标准的常规技术，而网络计算将成为一种服务计算。他认为，从Alliant、Convex到MIPS、Sun一系列失败的教训中，可以总结发现，高性能计算的发展必须依托IT产业的服务。

Mellanox公司应用程序性能部经理刘通表示，高性能计算正在从过去某个应用程序的专属硬件设备向服务供应商的角色转变。而且这种转变能够带来更大的生产力、更强的易用性和更高的效率。“经过分子动力学方面的实验测试，高性能计算即服务（HPCaaS）是可行的。高性能计算作为一种服务能够取得更大的系统灵活性，每一个应用程序无需专用硬件资源，可以大大简化使用模式，动态分配任务。”

曙光公司副总裁聂华站在上海超算这样的超级计算中心的角度，认为未来的高性能计算更像是一种“公共服务”。“政府主导的新型超算中心建设将进入快速发展阶段，超算中心会成为国家基础设施建设的一部分，‘公共服务’会成为未来超算中心的基本属性。随着高性能计算应用范围不断细分，超算中心的模式也将不断拓展，例如面向教育和科研领域用户的科学计算应用的科研类; 提供计算、存储和软件资源，对企业用户提供服务，按需付费的企业类; IT投资集中，建设成政务信息共享、交换中心的政务类; 面向金融、证券行业海量数据挖掘的金融类; 面向政府或大型企业，提供数据和应用的灾难备份与恢复服务的灾备类; 进行线上交易平台与商务智能的电子商务类: 从事海量互联网数据的处理和分析的数据处理类。”