2018年8月5日，國家超級計(jì)算濟(jì)南中心宣布：核心器件全部獨(dú)立自主研發(fā)的神威E級超算原型機(jī)順利通過科技部專家組驗(yàn)收，投入使用，為我國在2020年研制成功百億億次計(jì)算機(jī)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

九三學(xué)社社員、國家超級計(jì)算濟(jì)南中心主任張?jiān)迫榻B，“E級原型計(jì)算機(jī)將在全球氣候變化、空氣動(dòng)力學(xué)、新藥設(shè)計(jì)、新材料發(fā)現(xiàn)、海洋大數(shù)據(jù)、人工智能等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用?！薄巴ㄟ^超級計(jì)算機(jī)的加入，可以把過去新藥合成的侯選化合物發(fā)現(xiàn)周期，從過去的幾年時(shí)間，縮短到幾星期的時(shí)間，極大地降低新藥的研發(fā)成本?！?/p>

“神威·太湖之光”初露鋒芒

超級計(jì)算，簡稱超算，也叫高性能計(jì)算，在科學(xué)與工程領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，它與理論研究、科學(xué)實(shí)驗(yàn)一起成為人類探索未知世界的三大科學(xué)手段，被稱為支撐科學(xué)發(fā)現(xiàn)的第三個(gè)支柱。

超算也是人工智能的重要支持平臺，為人工智能提供強(qiáng)大的算力支持?？梢哉f超算與國民經(jīng)濟(jì)、工業(yè)企業(yè)創(chuàng)新、國防科技、國家安全等國計(jì)民生的方方面面都息息相關(guān)。

而用于高端能力計(jì)算的高性能計(jì)算機(jī)也被譽(yù)為計(jì)算機(jī)中的“珠穆朗瑪峰”。

2017年11月，美國超算大會公布新一期全球超級計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單，中國自主芯片研制的“神威·太湖之光”超級計(jì)算機(jī)再次蟬聯(lián)榜首，以每秒12.5億億次的峰值計(jì)算能力、每秒9.3億億次的持續(xù)計(jì)算能力實(shí)現(xiàn)“四連冠”。

“神威·太湖之光”完全采用“中國芯”——“申威26010”眾核處理器——這個(gè)只有5厘米見方的小小薄塊集成了260個(gè)運(yùn)算核心，數(shù)十億晶體管，達(dá)到了每秒3萬多億次計(jì)算能力，單芯片計(jì)算能力相當(dāng)于3臺2000年全球排名第一的超級計(jì)算機(jī)，1分鐘的計(jì)算能力相當(dāng)于72億人同時(shí)用計(jì)算器不間斷計(jì)算32年，相當(dāng)于200多萬臺普通電腦——它也是全球第一臺運(yùn)行速度超過10億億次/秒的超級計(jì)算機(jī)。

“核武器都要靠超算模擬，核禁試會禁止所有地下核實(shí)驗(yàn)，只能用超級計(jì)算機(jī)模擬，如果沒有這個(gè)能力意味著核武器的落后，落后就要挨打?！?/p>

神威·太湖之光’超級計(jì)算機(jī)已經(jīng)應(yīng)用于若干代表未來“黑科技”的研究領(lǐng)域，涉及天氣氣候、航空航天、先進(jìn)制造、生物醫(yī)藥、新材料、新能源等20個(gè)方面，支持國家重大科技應(yīng)用、先進(jìn)制造等領(lǐng)域計(jì)算任務(wù)幾百項(xiàng)?！睆?jiān)迫f。

“神威E級超算原型機(jī)”再發(fā)神威

E級超算是指每秒可進(jìn)行百億億次數(shù)學(xué)運(yùn)算的超級計(jì)算機(jī)。作為大國綜合實(shí)力的象征、衡量科技創(chuàng)新實(shí)力的標(biāo)志，E級超算已成為當(dāng)前各國競相角逐的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。E級超算將在解決人類共同面臨的能源危機(jī)、污染和氣候變化等重大問題上發(fā)揮巨大作用。目前，美國、日本及歐洲等國家和地區(qū)先后提出了自己的E級超算研發(fā)計(jì)劃，我國也將E級超算的研究寫入了國家“十三五”規(guī)劃。

E級計(jì)算機(jī)作為新一代信息技術(shù)領(lǐng)域的大科學(xué)裝置，對交叉學(xué)科的推動(dòng)效應(yīng)、對科技研發(fā)的支撐效應(yīng)、對高層次人才的凝聚效應(yīng)、對相關(guān)產(chǎn)業(yè)的帶動(dòng)效應(yīng)相當(dāng)顯著，是新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的強(qiáng)勁引擎。

神威E級原型機(jī)由硬件、軟件和應(yīng)用三大系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)由運(yùn)算系統(tǒng)、互連網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、維護(hù)診斷系統(tǒng)、供電與冷卻系統(tǒng)組成，軟件系統(tǒng)由基礎(chǔ)軟件、并行操作系統(tǒng)環(huán)境、存儲管理系統(tǒng)、并行語言及編譯環(huán)境組成，應(yīng)用系統(tǒng)由行業(yè)應(yīng)用計(jì)算平臺、人工智能框架和典型示范應(yīng)用組成。

面向E級計(jì)算機(jī)研制需求，研制團(tuán)隊(duì)在多態(tài)融合計(jì)算體系結(jié)構(gòu)、新一代申威眾核處理器、互連網(wǎng)絡(luò)、軟件定義海量存儲、高效供電和強(qiáng)化相變冷卻等方面，取得了重大技術(shù)突破，對E級計(jì)算機(jī)研制方案和技術(shù)路線進(jìn)行了全面系統(tǒng)驗(yàn)證，為E級計(jì)算機(jī)的研制成功鋪平了道路。

芯片完全自主可控

1996年，為加強(qiáng)我國高端并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的研制，國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)中心正式掛牌成立，開始了神威系列大規(guī)模并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的研制。近年來從神威藍(lán)光、神威太湖之光，到神威E級原型機(jī)，我國已經(jīng)走出了一條核心技術(shù)自主可控之路。

神威E級原型機(jī)的處理器、網(wǎng)絡(luò)芯片組等核心器件全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。運(yùn)算系統(tǒng)全部采用具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的申威26010+眾核處理器構(gòu)建;高速互連網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)全部采用完全自主知識產(chǎn)權(quán)的申威網(wǎng)絡(luò)交換芯片、申威消息處理芯片構(gòu)建;存儲和管理系統(tǒng)采用申威多核處理器構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)了對該領(lǐng)域產(chǎn)品的國產(chǎn)化替代。

軟件生態(tài)日益完善

隨著神威系列超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的部署與應(yīng)用，神威系列超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)從基礎(chǔ)軟件、并行操作系統(tǒng)、存儲管理系統(tǒng)、并行語言、編譯環(huán)境、高性能數(shù)學(xué)庫到應(yīng)用軟件等生態(tài)得到日益完善。系統(tǒng)軟件由完全自主研發(fā)的神威睿思操作系統(tǒng)、神威睿智編譯器、高性能數(shù)學(xué)庫等構(gòu)建，在此基礎(chǔ)上，神威E級原型計(jì)算機(jī)首次在國產(chǎn)超級計(jì)算機(jī)上構(gòu)建了人工智能軟件生態(tài)鏈，基于神威深度學(xué)習(xí)庫和框架，開展了對弈系統(tǒng)、醫(yī)療影像識別、機(jī)器翻譯多個(gè)大規(guī)模人工智能應(yīng)用，其中機(jī)器翻譯應(yīng)用的數(shù)據(jù)規(guī)模、并行規(guī)模和訓(xùn)練速度世界領(lǐng)先。

截至目前，E級原型計(jì)算機(jī)已完成包括全球氣候變化、海洋數(shù)值模擬、生物醫(yī)藥仿真、大數(shù)據(jù)處理和類腦智能等十二個(gè)領(lǐng)域的35項(xiàng)重大計(jì)算任務(wù)。其中，22項(xiàng)應(yīng)用具備擴(kuò)展到E級計(jì)算機(jī)整機(jī)規(guī)模的能力，6項(xiàng)應(yīng)用入圍被稱作超級計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域諾貝爾獎(jiǎng)的“戈登貝爾獎(jiǎng)”。

未來應(yīng)用前景廣闊

神威E級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研制始終與應(yīng)用緊密結(jié)合，應(yīng)用領(lǐng)域日益拓寬，從氣候氣象預(yù)報(bào)、深空/深海/深地探測、生命科學(xué)、天體物理、航空航天等國家戰(zhàn)略領(lǐng)域，進(jìn)一步拓展到互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、基因測序、金融計(jì)算、先進(jìn)制造、現(xiàn)代海洋等領(lǐng)域。神威E級計(jì)算機(jī)作為大科學(xué)裝置，一方面為國家海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略打造“深藍(lán)大腦”，另一方面滿足健康醫(yī)療、航空航天、氣候氣象、生物信息、先進(jìn)制造等領(lǐng)域的一批國家科學(xué)與工程計(jì)算重大需求，成為促進(jìn)國家科技創(chuàng)新、經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及中國制造走向中國創(chuàng)造的助推器。

刻在里程碑背后

“神威系”“大顯神威”的背后，是科學(xué)家們長期不懈的追逐和創(chuàng)造。

十幾年來，張?jiān)迫诟鱾€(gè)場合和媒體為中國超算的發(fā)展“鼓與呼”，他認(rèn)為：一是要抓住歷史機(jī)遇，將我國超算的發(fā)展模式從超算機(jī)器性能拉動(dòng)，向應(yīng)用需求拉動(dòng)轉(zhuǎn)變，探索出一條健康的超級計(jì)算系統(tǒng)發(fā)展道路。二是成立若干國家級超算行業(yè)應(yīng)用軟件國家工程實(shí)驗(yàn)室，制定我國超級計(jì)算機(jī)應(yīng)用中長期研究規(guī)劃和路線圖。三是轉(zhuǎn)變“重硬輕軟”思維，持續(xù)穩(wěn)定支持超算應(yīng)用軟件研發(fā)。四是鼓勵(lì)國家超算中心聯(lián)合應(yīng)用部門組建行業(yè)應(yīng)用聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行程序移植，自主研發(fā)大型并行應(yīng)用軟件。五是重視計(jì)算科學(xué)學(xué)科建設(shè)和人才激勵(lì)機(jī)制。推廣“超算理論＋多學(xué)科應(yīng)用”課程，促進(jìn)多學(xué)科交叉融合。六是加強(qiáng)人才隊(duì)伍的建設(shè)，為超級計(jì)算的發(fā)展提供源源不斷的人才供應(yīng)，“將超級計(jì)算與大數(shù)據(jù)和人工智能等進(jìn)行深度融合創(chuàng)新，將成為進(jìn)行新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的主要手段。”張?jiān)迫f。

在努力為中國超算研究掃除障礙、創(chuàng)造條件的同時(shí)，張?jiān)迫苍诓粩嗤ㄟ^自己的研究為中國超算跨越式發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

過去十幾年，張?jiān)迫芯繂T的主要工作是做為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人為神威超級計(jì)算機(jī)研發(fā)了三代高性能數(shù)學(xué)庫，為包括申威系列處理器在內(nèi)的多款國產(chǎn)處理器研發(fā)國產(chǎn)高性能多核和眾核并行數(shù)學(xué)庫CLeXML和WeXML，主要包含BLAS、LAPACK、FFT、直接解法器和迭代解法器等模塊，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，遵循國際主流高性能數(shù)學(xué)庫接口標(biāo)準(zhǔn)，且性能高于國際主流高性能數(shù)學(xué)庫。高性能數(shù)學(xué)庫作為支持2016年我國首次獲得戈登貝爾獎(jiǎng)的三大底層技術(shù)之一，獲得2017年中國科學(xué)院杰出科技成就獎(jiǎng)。

然而，做國產(chǎn)超算軟件的研究必然是困難重重，最大的困難還是沒有先例可循。張?jiān)迫f，在研發(fā)高性能數(shù)學(xué)庫核心算法時(shí)，需要深入體系結(jié)構(gòu)層面利用匯編語言高效實(shí)現(xiàn)核心算法的核心循環(huán)性能，在我國自行設(shè)計(jì)的申威處理器上開展這種優(yōu)化工作是開創(chuàng)性的，國內(nèi)外可參考借鑒工作少?！拔覀儎?chuàng)新性的提出了一種適用于數(shù)學(xué)核心算法的“模板法”優(yōu)化方法AUGEM,用于自動(dòng)提升多種關(guān)鍵核心函數(shù)的性能，具有重要的實(shí)用價(jià)值，相關(guān)工作已發(fā)表在CCF A類國際高水平會議SC和PPoPP上?！?/p>

神威E級原型機(jī)的研制成功，標(biāo)志著研制E級計(jì)算機(jī)的技術(shù)條件和工程條件全面就緒，E級計(jì)算正擁抱未來。

神威E級計(jì)算機(jī)于2020年完成研制部署，將率先跨越百億億次量級臺階。采用的新一代眾核處理器有望成為世界運(yùn)算速度最快的處理器，節(jié)點(diǎn)規(guī)?？蓴U(kuò)展至數(shù)十萬量級，支持系統(tǒng)性能從1E到10E量級的跨越。E級計(jì)算機(jī)將面向國家戰(zhàn)略需求，解決一批科學(xué)與工程計(jì)算領(lǐng)域的重大課題，為國防安全和經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供國際領(lǐng)先的計(jì)算環(huán)境。

人物檔案：張?jiān)迫?，博士，九三學(xué)社中央科技委員會委員、九三學(xué)社中科院委員會委員、第三支社主委；中科院計(jì)算所研究員，博士生導(dǎo)師，國家超算濟(jì)南中心主任。

主要研究方向?yàn)榇髷?shù)據(jù)并行處理、并行程序設(shè)計(jì)和性能評價(jià)、并行計(jì)算和并行編程模型等。已在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文二百余篇，出版專著一部，譯著七部。曾獲2000年國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)一項(xiàng)，2017年首屆CCF青竹獎(jiǎng)獲得者，2017年中科院科教成果一等獎(jiǎng)，2017年中科院杰出科學(xué)與技術(shù)成就獎(jiǎng)，2017年度國際艾奇獎(jiǎng)。中國大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)盟執(zhí)行理事長，全國高校人工智能與大數(shù)據(jù)創(chuàng)新聯(lián)盟常務(wù)副理事長，ACM中國常務(wù)理事，中國軟件行業(yè)協(xié)會常務(wù)理事，中國計(jì)算機(jī)學(xué)會常務(wù)理事/高性能計(jì)算專業(yè)委員會秘書長。中國高性能計(jì)算機(jī)TOP100排行榜創(chuàng)始人和發(fā)布者，PAC大賽創(chuàng)始人。 一百多次擔(dān)任國際會議程序委員會委員和程序委員會共同主席。果殼網(wǎng)科學(xué)顧問，光明日報(bào)科譜專家委員會委員，青海省大數(shù)據(jù)與云計(jì)算咨詢專家委員會委員，貴州省農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)專家委會會委員，鄭州市智慧城市專家智庫特聘專家。（孔瑤竹）