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一個畢業(yè)于北京大學數(shù)學力學系，在中國科學院計算所、計算中心和網(wǎng)絡(luò)中心工作過，在澳大利亞科工組織DMS、香港浸會學院數(shù)學系和中國21世紀議程管理中心等處工作過，多次獲國家和中科院科技獎并享受政府特殊津貼的退休老頭。現(xiàn)在在【中國科普博覽】網(wǎng)“科學新語林”欄目里開設(shè)一個《數(shù)學與計算機》的個人專欄，愿和愛好數(shù)學與計算機的各界網(wǎng)友和青少年朋友，談?wù)剬?shù)學與計算機的看法、想法。
超級計算機與天河二號（七）
張建中
2014年03月17日(13) 超級計算機與云計算和大數(shù)據(jù)
云計算、大數(shù)據(jù)等IT新概念帶來了全新的信息資源組織方式，也變革了人類對未來科技的想象。超級計算機為云計算、大數(shù)據(jù)提供運算能力支撐，云計算、大數(shù)據(jù)則為超級計算機提供了創(chuàng)新的應(yīng)用模式，共同為智慧城市建設(shè)等應(yīng)用場景提供了信息化能力支持，并成為國家、企業(yè)核心競爭力的組成部分。
超高計算能力？ 為云計算、大數(shù)據(jù)提供支撐
與普通計算模式不同的是，超級計算機包含著眾多的處理器，并使用高性能網(wǎng)絡(luò)互連來實現(xiàn)集群計算，計算能力要遠遠高于普通計算機。超高的計算能力提升了信息分析與流動的效率，給大規(guī)模數(shù)據(jù)的分析利用與高性能數(shù)據(jù)存儲提供了基礎(chǔ)，而這正是云計算、大數(shù)據(jù)實現(xiàn)應(yīng)用的必要支撐。
超級計算機使社會經(jīng)濟運行從單調(diào)繁重的工作中解放出來，并為數(shù)據(jù)智能搜集與分析提供了計算能力的支撐。例如，為了安防的需要，城市建設(shè)、機場保障都需要安裝眾多攝像頭，如果沿用傳統(tǒng)的方式，就需要耗費巨大的人力、物力進行處理。但是通過使用了GPU加速的超級計算機，只需要100多臺就可以完成四萬臺攝像頭的集中、智能管理。
應(yīng)用合力？ 推進信息產(chǎn)業(yè)鏈升級
超級計算機的意義不僅在于其高性能的硬件與超高的計算能力，還在于高性能應(yīng)用的創(chuàng)新與落地為信息技術(shù)的發(fā)展帶來了更大的動力。目前，超級計算機應(yīng)用已經(jīng)在基礎(chǔ)學科研究、高性能存儲、智慧城市建設(shè)等方面發(fā)揮了重要作用，成為國家安全與國防建設(shè)、經(jīng)濟建設(shè)、重大工程、基礎(chǔ)科學研究等領(lǐng)域的核心支撐力量。高質(zhì)量的超級計算機應(yīng)用可以更好的發(fā)揮超級計算機系統(tǒng)超高的計算能力，拓寬信息資源的挖掘渠道，對產(chǎn)業(yè)向高附加值方向升級以及經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整起著重大的促進作用。在這個過程中，超級計算機應(yīng)用與云計算、大數(shù)據(jù)應(yīng)用模式之間并非此消彼長的矛盾關(guān)系，而是同屬高效信息化體系的應(yīng)用基礎(chǔ)。一方面，云計算、大數(shù)據(jù)本身即意味著超大的數(shù)據(jù)處理量，只有高效的高性能應(yīng)用才能有效發(fā)揮其商業(yè)模式的優(yōu)勢；另一方面，云計算、大數(shù)據(jù)是超級計算機應(yīng)用在發(fā)展過程中呈現(xiàn)的必然特征：隨著超級計算機應(yīng)用市場的不斷深入，以及向其他行業(yè)、領(lǐng)域的不斷擴展，數(shù)據(jù)量增長已達到前所未有的速度，更多的工作也將從傳統(tǒng)基于本地的計算集群向基于網(wǎng)絡(luò)的集群計算發(fā)展，這在客觀上有賴于云計算、大數(shù)據(jù)的發(fā)展成果。
因此，隨著云計算、大數(shù)據(jù)等新模式的發(fā)展，超級計算機不僅不會式微，反而會更加壯大。對于企業(yè)來說，如何通過商業(yè)智能以及高級分析應(yīng)用將其價值發(fā)揮到最大，以及企業(yè)用戶將如何選擇復(fù)雜多樣的超級計算機技術(shù)服務(wù)來應(yīng)對自身的業(yè)務(wù)發(fā)展需求，將會成為企業(yè)在信息化建設(shè)中新的需求。
超級計算機化解大數(shù)據(jù)應(yīng)用挑戰(zhàn)
雖然大數(shù)據(jù)技術(shù)與大數(shù)據(jù)應(yīng)用得到了快速的擴展，但仍存在著很多問題，其中比較突出的是“4V”挑戰(zhàn)（容量、類型、速度、價值）。目前，大數(shù)據(jù)的容量可達到PB級，這些大容量數(shù)據(jù)的存儲、處理會對用戶的計算系統(tǒng)產(chǎn)生極大負擔，建立在普通計算能力基礎(chǔ)上的系統(tǒng)往往無法滿足大數(shù)據(jù)的需求，更無法為用戶獲取價值以實現(xiàn)領(lǐng)先于他人的優(yōu)勢。在應(yīng)對大數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)的過程中，超級計算機可以起到重要作用。從數(shù)據(jù)的存儲與處理的角度來說，采用超級計算機系統(tǒng)不僅可以大幅降低大容量存儲的成本，而且其處理數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)、恢復(fù)數(shù)據(jù)的速度會遠遠超過普通的計算系統(tǒng)。
此外，超級計算機還可以為大數(shù)據(jù)應(yīng)用中的數(shù)據(jù)同化問題提供解決思路。在大數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，可能各個采集設(shè)備采集的數(shù)據(jù)在格式與類型上都是不一樣的，將這些不同的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一會消耗大量的計算資源。而超級計算機在數(shù)據(jù)同化方面已經(jīng)取得重要進展，其同化的速度和精確性已經(jīng)能保持在一個很高的水平，其發(fā)展成果“嫁接”到大數(shù)據(jù)中會產(chǎn)生巨大的價值，并推動實現(xiàn)數(shù)據(jù)的組織和管理，基礎(chǔ)架構(gòu)，決策支持和自動化界面和分析。
超級計算機和大數(shù)據(jù)推動實際應(yīng)用
任何一種技術(shù)概念，應(yīng)用都是其體現(xiàn)最終價值的落腳點。目前，大數(shù)據(jù)正處于從概念到應(yīng)用的過渡時期，大數(shù)據(jù)應(yīng)用在產(chǎn)業(yè)成熟度、用戶接受度、系統(tǒng)易用性等方面都存在著很多障礙。大數(shù)據(jù)應(yīng)用怎樣部署？大數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)怎樣產(chǎn)生價值？如何將大數(shù)據(jù)分析后產(chǎn)生的結(jié)論應(yīng)用到企業(yè)運營的決策之中？由于缺乏大規(guī)模應(yīng)用的成熟案例與產(chǎn)業(yè)集群，金融用戶等行業(yè)用戶遲遲無法下定部署大數(shù)據(jù)的決心。
相對于大數(shù)據(jù)來說，超級計算機在很多行業(yè)用戶中都得到了較早的部署與應(yīng)用，其部署可以在軟硬件一體化平臺、數(shù)據(jù)存儲等方面為大數(shù)據(jù)應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。特別是超級計算機和大數(shù)據(jù)在內(nèi)在邏輯上是相通的，在平臺擴展、應(yīng)用落地等方面具有互補優(yōu)勢，這就滿足了超級計算機和大數(shù)據(jù)進行融合的充分性條件。
(14) 跟未來的量子計算機一比，最強的超級計算機也只是一把算盤
據(jù)《自然》雜志網(wǎng)站近期報道，悉尼大學和澳大利亞國立大學的研究人員報告稱，他們在單個元件上聚集了迄今數(shù)量最大的量子回路，將此前14個的世界紀錄刷新為10000個，提高了3個數(shù)量級。悉尼大學物理學院理論物理學家尼古拉斯 梅尼庫奇博士說：“制造量子計算機的兩個最大障礙是微小量子系統(tǒng)的精確控制和可擴展性問題，這是制造大型超高速量子計算機的關(guān)鍵所在。我們已經(jīng)在可擴展性方面取得突破性進展，通過激光制造出了可供量子計算機使用的‘電路板’。如何精確控制這些量子回路將是下一步的研究重點?！?
最近，量子計算機研究領(lǐng)域還取得了另一項突破。加拿大西蒙 弗雷澤大學教授邁克 斯沃爾特領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組宣稱，讓室溫下脆弱的量子比特的壽命延長到了創(chuàng)紀錄的39分鐘，將此前硅基系統(tǒng)中25秒的紀錄提高了近100倍，克服了超高速量子計算機研究的一大障礙。
梅尼庫奇稱，雖然上述實驗中的量子比特能存在于室溫中，并在冷卻和加熱的整個過程中保持完好，但其被讀取時的溫度仍然需要低于零下263.15攝氏度。并且由于所有的量子比特都處于相同的量子態(tài)，無法滿足量子運算所需要的基于量子比特的不同狀態(tài)，因此無法用于量子計算。
研究人員說，支持多重狀態(tài)的量子比特將成為未來一大挑戰(zhàn)。他們希望有人能夠創(chuàng)建一個能在室溫下讀取量子比特的系統(tǒng)。
如果量子計算機研制成功并投入實際應(yīng)用，現(xiàn)在最強的超級計算機和量子計算機一比，也只是一把算盤。量子態(tài)可以處于0和1的“線性疊加態(tài)”，使其計算潛力有指數(shù)式的增長。但量子計算機熱議多年，遲遲未能問世，原因是運算量子態(tài)極易受干擾，一點點熱量或者信號噪聲，都會使量子計算機崩潰。所以關(guān)鍵就在于如何找到屏蔽外界擾動的辦法。各國科學家在此領(lǐng)域攻關(guān)多年，屢有建樹，中國的研究水平也相當不俗。