国际TOP五○○组织十一月中公布全球五百大超级计算机排行榜,由大陆国防科技大学研制的「天河一1A 」超级计算机跃居首位。该超级计算机实测指令周期每秒可达2570兆次,首次超越原先排名第一位每秒运算达1750兆次的美国「美洲虎」超级计算机。
美国超级计算机专家说,为美国带来挑战的不仅是「天河–一A」,排名第三的「星云」超级计算机也是中国大陆制造,其实测指令周期每秒可达1270兆次,而本届入榜的大陆超级计算机共有四十一台,实力仅次于美国。中国大陆已成为继美国之后,第二个能够研制千兆次超级计算机的国家。
美国加州劳伦斯.伯克莱国家实验室副主任西蒙认为,美国若无新一代超级计算机,一些重要的科学问题非但不能解决,其影响还不只是经济竞争力的问题,更是一个国家安全问题。美国政府机关和企业界将采取行动,尽快恢复美国在该领域的领导地位。就像过去十年,美国为重新领先日本超级计算机所发动一场「十字军东征」。
(一)「天河」超级计算机的特性
据榜单所示,美国入选超级计算机占275席、中国大陆41席、法国26席、德国26席、日本26席、英国24席、俄罗斯11席。中国大陆在前十位中占有两席,仅次于美国,总体占有率为8.2%,居世界第二位。就在一年多前,中国大陆只拿下21席,占总数的4.2%。此外,中国大陆今年入榜的超级计算机运算能力之和达到去年的4倍,而过去一年间,全球500强超级计算机运算能力的总和仅增长56%。在全球超级计算机激烈竞争的态势下,中国大陆能取得上述成绩其意义重大。
超级计算机对一般人而言既遥远又陌生。用一种最简单的方式形容,「天河」超级计算机运算1小时,相当于中国大陆13亿人口同时计算340年以上;「天河」运算1天,相当于1台双核CPU高档桌上计算机运算620年以上。
另外,「天河」超级计算机的存储容量也大得惊人。其存储容量为2PB,即2千万亿个字节。1个汉字平均为2个字节,「天河」即可在线存储1千万亿个汉字,相当于存储100万字的书籍达10亿册。可以想见,超级计算机专门用于处理国家重大而具有「挑战性」性领域的研究与运算,举凡石油探勘、环保和气象预测等,以及作为太空、航空、化工、制药、汽车等行业的重要科研工具。此外,其军事上的功能更是不在话下。
(二)超级计算机的战略能量
上个世纪末,美国指责中共窃取美国核武技术。其实,核武是国家的最高机密,原理可以交流,真正的制造加工图纸不可能相授或窃得,加上核武系统技术之庞杂,也不可能从一个人或个别单位组织窥其全貌。
核武最终是由各国摸索而来,而每个国家研制核武的程序不尽相同,有的从理论、计算到试验,走过全部流程,有些国家不做理论,掌握数据就做了。中国大陆走过所有流程,在研制中子弹方面早就做好理论铺垫,只差高速计算机验算。中共也是最早宣布不使用核试爆的国家,核武试验当然就要靠超级计算机验算,显示超级计算机对建构国家军事战略能量之重要,核武只是一面。
按「天河一号」工程办公室主任李楠的说法,「天河」超级计算机将面临两项主要任务。其一、是把系统用好,让天津的主要战略性新兴产业享受超级运算服务,尤其要成为大火箭、大飞机、石油勘探等龙头产业的助推器,这是「天河」眼下最急迫的任务。其二、是把「天河一号」创造的关键技术在天津滨海新区形成衍生产品,从而对相关产业发挥更大的辐射和带动作用。
「天河」虽引起美国的关注,但根据李楠的说词,「天河」尚有许多不足之处,尤其和先进(如美国)国家相比,中国大陆在核心电子器件、高端通用芯片和基础软件,大型行业应用软件等方面尚存明显差距,同时这些关键组件还在不同程度上依赖国外进口。另外,超级计算机在产业化转化能力方面也比较薄弱。为此,中共设立重大专项,集中人力、物力和财力进行重点攻关,而大陆的国防科技大学是这些国家重大专项的重要研制队伍之一。
(三)「天河」超级计算机的发展局限
根据中国大陆最具影响力IT门户网站之一《硅谷动力》分析指出,千兆次(1PF)的超级计算机是各国超级计算机领域共同追求的目标,随着「天河—1A 」的问世,中国大陆也加入1PF俱乐部,相距加入百兆次(100TF)俱乐部仅隔一年时间,比美国花了三年时间才达到此目标显然亮眼许多。但就其效率上看,「天河」如此高的运算能力只能跑出其理论值的一半,如果遇到真实程序,恐怕运算效率的差距更大,被国际专家形容为「中国最低效的超级计算机」。这就不得不让人质疑,中国大陆这么快推出突破千兆次的超级计算机,实际运行却大幅缩水,其原因何在?夺取世界排名第一的意义又何在?
当然,复杂问题没有简单的答案。有一种分析指出,「天河—1A」的效率问题可能与其采用的混合计算架构有关,即该超级计算机除采用英特尔至强5500系列处理器之外,还采用ATI Radeon处理器(GPU)作为加速单元,而混合计算系统在预算值上虽可突破千兆次门坎,但在效率上很可能出现低效情况。显然,中国大陆采取这种做法,有其战略和科研考量,先寻求突破运算门坎,再解决效率问题。
这种考虑也凸显某种技术上的尴尬,就是号称世界运算最快的「天河」超级计算机,是建立在英特尔至强5600系列处理器的基础上。十年前,全世界500强超级计算机只有6套采用英特尔处理器,今年500强超级计算机中有398台采用英特尔处理处,尤其是「天河—1A」。连中国大陆最前沿的技术都使用外国处理器,一旦有变,何以自主维护?
(四)美国的因应策略
反观美国,掌握优势却充满危机意识。为应对中国大陆超级计算机的挑战,美国计划建构两套超级计算机。据报导,美国科学家正筹备建立两台2万兆次的超级计算机,一是来自橡树岭国家实验室的1.75 petaflop的Jaguar系统,另一个来自IBM Lawrence Livermore国家实验室的超级计算机。这两个系统预计在2012年完成升级和调试工作。橡树岭中心分子生物物理学主任史密斯说,他很喜欢这种竞争的状态,「与其他国家竞争,受益者是大众,这是双赢的好事,对此我感到很兴奋。」
目前,美国能源部所属的一个从事模拟核爆的实验室,正协助起草一份「百亿亿次」计划。橡树岭国家实验室负责科学技术副主任撒迦利亚估计,该项计划预计八年内尚需联邦政府四十亿至五十亿美元的投入,以开发必需的软硬件技术。看来美国要在最短时间,以绝对优势重新站上世界超级计算机的顶峰。
超级计算机排行榜编撰人之一、美国田纳西大学计算机学教授唐加拉对《新华社》说,中国大陆在超级计算机领域的快速发展,并未对美国的领先地位构成「威胁」,但由此可以视为「美国正在失去高性能计算技术优势地位的一个迹象。」可以预料,在超级计算机的领域里,世界即将上演一场没有硝烟的大战,这次大战以智力取胜,中国大陆因「天河」取得竞逐的入场券,但距离冠冕还有一段路要走。