——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
語音播報(bào)
在貴州平塘縣一個(gè)叫大窩凼的山溝里,世界上最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡——Five-hundred-meters Aperture Spherical radio Telescope(FAST)的工程實(shí)施正在有序地開展。該望遠(yuǎn)鏡的綜合性能將比被評為“人類20世紀(jì)十大工程”之首的美國300米望遠(yuǎn)鏡還要高約10倍,建成后將保持世界領(lǐng)先地位20~30年。
大窩凼周邊的居民形象地稱之為“天眼”。就像“天眼”一樣,F(xiàn)AST建成后將用于巡視宇宙中的中性氫、觀測脈沖星、主導(dǎo)國際VLBI網(wǎng)和搜尋星際通訊信號等任務(wù);依托于FAST,中國也將參加世界第一大射電望遠(yuǎn)鏡陣列“平方公里望遠(yuǎn)鏡(SKA)”大型國際合作項(xiàng)目。
就是這么個(gè)龐然大物,專門瞄準(zhǔn)它的超算應(yīng)用——黔南超算中心,也頗值得稱道。
“天文級”的超算支撐
作為最先經(jīng)歷信息爆炸的科學(xué)領(lǐng)域之一,天文學(xué)的發(fā)展日新月異,其數(shù)據(jù)量之大、類型之復(fù)雜也是“天文級”的,F(xiàn)AST的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理均需要強(qiáng)大的超級計(jì)算系統(tǒng)的支撐。
中科院計(jì)算技術(shù)研究所高性能計(jì)算機(jī)研究中心主任張佩珩告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者,建成后,F(xiàn)AST每天需求的峰值計(jì)算至少要達(dá)到每秒200萬億次以上,存儲(chǔ)方面的需求也將很大,預(yù)計(jì)一期的存儲(chǔ)將達(dá)到10PB以上,二期會(huì)再擴(kuò)展40PB,F(xiàn)AST項(xiàng)目總體上會(huì)達(dá)到50PB的存儲(chǔ)。
此前,解放軍信息工程大學(xué)教授斯雪明在貴州舉辦的首屆中國天眼超級計(jì)算國際高峰論壇上,對“SKA科學(xué)數(shù)據(jù)處理面臨的挑戰(zhàn)”作了詳盡解讀并指出,預(yù)計(jì)在2024年,SKA的天文數(shù)據(jù)將會(huì)源源不斷地生成,數(shù)據(jù)量“大得驚人”。
斯雪明說,預(yù)計(jì)SKA一期的SDP數(shù)據(jù)流量將超過12Tb/s,這相當(dāng)于2013年底中國互聯(lián)網(wǎng)國際出口帶寬(3.4Tb/s)的3.5倍;SKA二期的SDP數(shù)據(jù)流量更為驚人,將是SKA一期數(shù)據(jù)流量的100倍。
這也給計(jì)算提出了更高的要求?!邦A(yù)計(jì)SKA建成后需要E級計(jì)算?!彼寡┟髡f,預(yù)計(jì)到2020年的SKA一期,HPC的計(jì)算需求為300Pflops,到2028年該需求為30Eflops,這一計(jì)算能力需求相當(dāng)于“天河二號”的886倍。
“黔南州超算中心”呼之欲出。8月2日,黔南州政府與中科院計(jì)算所、國家天文臺在黔南民族師范學(xué)院簽署《戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》,提出共建超算中心;11月3日,中科院計(jì)算所、曙光公司、貴州天眼超算(集團(tuán))科技有限公司(以下簡稱天眼公司)簽訂三方戰(zhàn)略合作協(xié)議,將共同建設(shè)與FAST工程配套的黔南超級計(jì)算中心, 部署“天眼一號”超級計(jì)算系統(tǒng)。
“天眼一號”的計(jì)算能力將達(dá)到每秒千萬億次以上?!拔覀兦捌谥饕菨M足FAST的計(jì)算需求,考慮到未來的SKA項(xiàng)目,到那時(shí)我們的計(jì)算和存儲(chǔ)要求就會(huì)更高?!睆埮彗裾f。
“蹚出超算產(chǎn)業(yè)新路子”
在張佩珩眼里,黔南超算中心自誕生之初就與廣州、深圳、天津等地的超算中心有著不同的氣質(zhì)。因?yàn)閺倪\(yùn)營模式上,黔南超算中心天生就有協(xié)同創(chuàng)新的基因?!癋AST是國家投資建設(shè)的基礎(chǔ)科學(xué)工程,但FAST的超算這部分是地方企業(yè)(天眼公司)、IT企業(yè)和科研院所共同建設(shè)的,后期的運(yùn)營也在天眼公司,這是一個(gè)完全不同的運(yùn)營模式?!睆埮彗裾f。
“我國超算的發(fā)展模式,過去都是以政府科研投入為主導(dǎo)、地方政府配套建設(shè),先建超算(設(shè)施)再找應(yīng)用,這種應(yīng)用模式一直是個(gè)困擾。超算如何蹚出一條新路子,新的投入、應(yīng)用模式,都面臨挑戰(zhàn)?!敝袊?jì)算機(jī)學(xué)會(huì)高性能專業(yè)委員會(huì)秘書長張?jiān)迫f,黔南超算中心在探索超算新的發(fā)展之路上,進(jìn)行了有益嘗試。
按照天眼公司董事長田儒彬的設(shè)想,建設(shè)、運(yùn)維超算中心只是事業(yè)的起步,將來要以FAST和超算中心為依托,大力開展科技觀光、文化旅游、影視動(dòng)漫等產(chǎn)業(yè),通過產(chǎn)業(yè)循環(huán)來反哺超算中心、進(jìn)一步獲得盈利。
張?jiān)迫J(rèn)為,民間資本以不計(jì)前期投入產(chǎn)出比、追求產(chǎn)業(yè)循環(huán)來盈利的模式來建設(shè)、運(yùn)維超算,這對于超算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,是一條值得探索的可持續(xù)發(fā)展之路。
“曙光建設(shè)了不少大大小小的超算中心,民間集資參與構(gòu)建這還是第一次。國內(nèi)超算這條路要想走得更好,就需要把這條路走通?!笔锕夤靖笨偛萌尉D在接受《中國科學(xué)報(bào)》記者專訪時(shí)說,超算產(chǎn)業(yè)僅靠國家投入是長不成巨人的,民營資本的介入是為超算產(chǎn)業(yè)注入新的活力。
任京旸表示,曙光在黔南超算項(xiàng)目上始終強(qiáng)調(diào)將性價(jià)比放在第一位,“這不只是為了省錢,而是一定要把這個(gè)示范做成,將來讓其他資本看到這條路是可行的”。
在任京旸看來,東南亞地區(qū)是超算應(yīng)用需求的另一塊高地,而貴州的示范效應(yīng)將會(huì)對這些新興市場的蓬勃發(fā)展起到推動(dòng)作用。
“黔南超算建成后,東南亞國家可以來貴州觀摩,可以看超算的平臺對科學(xué)研究的支持,看它對產(chǎn)業(yè)鏈的聚集和引導(dǎo),這對于地區(qū)經(jīng)濟(jì)的升級是一個(gè)很好的借鑒?!比尉D說。
先瞄準(zhǔn)再“開槍”
最讓張?jiān)迫蚪驑返赖氖?,黔南超算中心在?yīng)用模式上比其他超算中心有明顯的優(yōu)勢:黔南超算中心開建伊始就瞄準(zhǔn)FAST的超算需求,這對超算中心從設(shè)計(jì)到布局各方面的建設(shè)都有積極的影響。
超算中心的用電一直是一個(gè)大問題,而根據(jù)應(yīng)用需求來定制超算設(shè)備,就可以避免超算中心設(shè)計(jì)過高的運(yùn)算峰值,從而降低用電成本。
“我們以前建超算中心,運(yùn)算峰值設(shè)計(jì)得高,還要有一個(gè)去找‘應(yīng)用’填滿‘運(yùn)算’的過程,這個(gè)過程無疑存在無謂的消耗。黔南超算是FAST需要多少計(jì)算量就設(shè)計(jì)多高性能,逐步實(shí)現(xiàn)后期需求,這樣就減少了中間的浪費(fèi)?!睆?jiān)迫嬖V記者。
張佩珩對此感觸頗深:“FAST項(xiàng)目和SKA的計(jì)算都有明確的計(jì)算需求,所以這個(gè)超算中心一旦投入運(yùn)營,它的CPU負(fù)荷很快就能上去,大部分計(jì)算能力用于科學(xué)計(jì)算?!?/p>
此外,張佩珩指出,正是由于應(yīng)用需求非常明確,這讓科技支撐人員對機(jī)器的體系結(jié)構(gòu)、軟件優(yōu)化等方面的研究目標(biāo)也特別明確,這對于超算設(shè)備的高效運(yùn)轉(zhuǎn)是另一大保障,“這讓我們心里很踏實(shí)”。
作為建設(shè)者的曙光公司也體會(huì)到了這種踏實(shí)感?!俺鲱}明確,解題的力量就能聚焦,最后出來的結(jié)果一定是又快又好。”任京旸表示,圍繞特定應(yīng)用做定制,這對于硬件廠商而言,提供的產(chǎn)品不光能保證效果,還比通用產(chǎn)品強(qiáng)。
黔南超算中心還占據(jù)著“地利”優(yōu)勢。田儒彬介紹說,黔南地區(qū)屬于喀斯特地貌,頗多暗河洞穴,而未來超算中心的機(jī)房就要建在溶洞里,除對散熱有貢獻(xiàn)外,還能開發(fā)科技觀光旅游。
“過去是先有超算再找需求,這次是先有需求再建超算,還要產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)效益,是一個(gè)思路的轉(zhuǎn)換?!睆?jiān)迫f,這應(yīng)是未來高性能應(yīng)用發(fā)展的趨勢。
?。ㄔd于《中國科學(xué)報(bào)》 2014-11-24 第4版 綜合)
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