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一個畢業(yè)于北京大學(xué)數(shù)學(xué)力學(xué)系，在中國科學(xué)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(xué)院數(shù)學(xué)系和中國21世紀(jì)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?，F(xiàn)在在【中國科普博覽】網(wǎng)“科學(xué)新語林”欄目里開設(shè)一個《數(shù)學(xué)與計算機》的個人專欄，愿和愛好數(shù)學(xué)與計算機的各界網(wǎng)友和青少年朋友，談?wù)剬?shù)學(xué)與計算機的看法、想法。
超級計算機與天河二號（六）
張建中
2014年03月03日(11) 超級計算機離老百姓遠(yuǎn)嗎？
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超級計算機一例[/caption]
超級計算機是電子計算機的一個重要發(fā)展方向。它的研制水平標(biāo)志著一個國家的科學(xué)技術(shù)和工業(yè)發(fā)展的水平，體現(xiàn)著國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實力。一些發(fā)達(dá)國家正在投入大量資金和人力、物力，研制運算速度達(dá)數(shù)百億億次的超級計算機。
與已經(jīng)進(jìn)入尋常百姓家的微型計算機相比，這些運算速度動輒以千萬億、億億次來計算的超級計算機，和老百姓的日常生活有關(guān)系嗎？超級計算機并不是只和科學(xué)研究聯(lián)系在一起，在和大眾生活息息相關(guān)的各個領(lǐng)域，我們都可以看到超級計算機的身影。
“看得見” 人們習(xí)以為常的種種生活方式，都有超級計算機的參與，如網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、天氣預(yù)報、生物制藥等。
“離不開” 科學(xué)技術(shù)發(fā)展過去主要是靠理論和實驗，而今天，計算已經(jīng)成為與之并行的第三大手段。各種尖端的科學(xué)技術(shù)問題，都需要超級計算機的支撐，國民經(jīng)濟(jì)中很多重要的產(chǎn)業(yè)也都已經(jīng)離不開超級計算機機，如石油勘探、汽車安全性的碰撞實驗、集成電路設(shè)計等。
“想得到” 在可以預(yù)見的未來，超級計算機還會給生活帶來什么樣的改變呢？ 有學(xué)者說，超級計算機如同伽利略的望遠(yuǎn)鏡，讓人們從觀察宇宙的不同維度中，發(fā)現(xiàn)深刻影響人類社會的一系列規(guī)律。通過超級計算機還能發(fā)現(xiàn)些什么？沒有人能給出答案，因為，它大可以深入到宇宙，小可深入到分子原子，遠(yuǎn)可深入到無限遙遠(yuǎn)的未來。
(12) 在“最快”世界留下踏實腳印
（本文摘自《中國科學(xué)報》，作者：中國科學(xué)報記者 楊琪）[caption id="attachment_1027" align="aligncenter" width="500"]
“深騰7000”超級計算機[/caption]
大到浩瀚宇宙，小到一枚指紋，已經(jīng)離不開超級計算。擁有超級計算資源的中科院超算中心，不僅是科學(xué)家的得力幫手，還正在將超級計算資源應(yīng)用于國計民生的方方面面。
中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心超級計算中心（以下均簡稱為超算中心），是中科院科學(xué)家的得力助手，保證課題順利、按時完成所需的計算任務(wù)，亦成為各行業(yè)的合作伙伴，將超級計算應(yīng)用惠及民生。
在超級計算這個“最快”的數(shù)據(jù)世界里，超算中心留下了踏實的腳印。
滿負(fù)荷狀態(tài)運行
“我們用2048個CPU核不間斷地計算了13天，模擬了宇宙140億年的演化過程?！背阒行难邪l(fā)部主管王龍回憶起3年前的一次大型模擬宇宙試驗，“天文學(xué)家告訴我，這一模擬的分辨率現(xiàn)居世界第三?！?
“此次超大規(guī)模的宇宙模擬試驗是在超算中心聯(lián)想‘深騰7000’超級計算機上完成的?！蓖觚堈f，該試驗被稱為“盤古計劃”的一部分。
在中科院紫金山天文臺研究員馮瓏瓏、超算中心王龍等人的倡議下，中科院紫金山天文臺、中科院國家天文臺、中科院上海天文臺和中科院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心共同成立了中國計算宇宙學(xué)聯(lián)盟?！氨P古計劃”便是由該聯(lián)盟提出的第一項大型宇宙學(xué)數(shù)值模擬計劃。
“這些年，我們的計算能力在穩(wěn)步提升?！背阒行闹魅芜t學(xué)斌說。2007年，超算中心引進(jìn)IBM CellBE計算集群；2009年，超算中心引進(jìn)百萬億次國產(chǎn)“深騰7000”超級計算機。 可以想見，設(shè)備規(guī)模越來越大，短時間內(nèi)出現(xiàn)故障的可能性也會隨之出現(xiàn)。
如果一個已進(jìn)行長時間計算的課題突然因為某顆處理器出了故障，導(dǎo)致課題無法及時完成，這是超算中心最擔(dān)心也最不希望出現(xiàn)的情況。因此，“超算中心通過各種手段如軟件等解決這些問題，保障計算任務(wù)按時完成?！边t學(xué)斌說。2012年，該中心服務(wù)時間達(dá)到99.9%，設(shè)備使用率達(dá)到80%以上，“我們一直處于滿負(fù)荷狀態(tài)運行”。
游走在指紋世界
承擔(dān)來自科學(xué)家的計算任務(wù)固然重要，但是對于服務(wù)社會和大眾，超算中心也毫不吝惜自己的智慧和力量。
來自超算中心的年輕副研究員王彥棡帶領(lǐng)團(tuán)隊，利用“深騰7000”超級計算機提供的數(shù)千個處理器，協(xié)助北京市公安局刑偵總隊完成了指紋破案會戰(zhàn)的計算工作。
“指紋識別系統(tǒng)是一個將超級計算技術(shù)成功應(yīng)用于實戰(zhàn)的成果?！蓖鯊炚f。
指紋會戰(zhàn)是將掌握的現(xiàn)場指紋和檔案指紋進(jìn)行全面比對，通過指紋識別系統(tǒng)快速有效地查找出流竄作案人員的蛛絲馬跡，為破案提供直接線索?！懊鎸Ａ繑?shù)據(jù)，如果沒有超級計算的參與，可能需要普通計算機工作數(shù)月?！蓖鯊炚f。
2011年，公安機關(guān)共組織了兩次較大規(guī)模的指紋會戰(zhàn)。中科院超算中心協(xié)助北京市公安局比中本地現(xiàn)場指紋數(shù)十枚，比中外地協(xié)查指紋700余枚，為相關(guān)案件的破獲提供了直接線索和重要證據(jù)。
最深刻的學(xué)科交叉經(jīng)歷
2011年，一篇來自超算中心的論文被國際超級計算大會錄用，這是該領(lǐng)域的頂級會議。 “我們用近半年時間完成了軟件研發(fā)和論文撰寫工作。”論文的第一作者王龍說。該文章主要描述材料第一原理計算中大規(guī)模并行算法與異構(gòu)算法及其軟件實現(xiàn)，即如何將傳統(tǒng)的材料計算軟件使用GPU（圖形處理器）進(jìn)行有效加速。
“在此之前，很多人認(rèn)為GPU難以在平面波第一原理計算這樣復(fù)雜的算法中發(fā)揮作用，甚至斷言GPU不適合此類計算?！蓖觚堈f。其實，無論是當(dāng)時還是現(xiàn)在，在此領(lǐng)域拿出成果都并非易事。這是因為，作為一種新型顯卡的“心臟”，GPU體系結(jié)構(gòu)迥異于傳統(tǒng)CPU，導(dǎo)致傳統(tǒng)軟件設(shè)計往往不再適用。由于材料計算算法和GPU體系結(jié)構(gòu)的雙重復(fù)雜性，這一工作一直鮮有進(jìn)展。帶著一大堆不易解開的難題和一份基于直覺的激情，超算中心王龍、賈偉樂，復(fù)旦大學(xué)教授高衛(wèi)國及其學(xué)生吳悅等一起開始“虎山行”。通過與美國勞倫斯伯克力國家實驗室材料計算專家汪林望多次探討，大家逐漸找到了新思路。
經(jīng)歷100多天的奮戰(zhàn)，他們終于完成了這一開創(chuàng)性工作，超算中心團(tuán)隊在至為關(guān)鍵的核心模塊研發(fā)中發(fā)揮了主要作用。2011年4月，超算中心向國際超級計算大會提交該論文。
“這是我感觸最深刻的一次學(xué)科交叉經(jīng)歷，物理、數(shù)學(xué)、計算機三方面的力量真正融合在一起，可以說功勞屬于每一個人?！蓖觚堈f。
“在當(dāng)時，該軟件將業(yè)內(nèi)最快紀(jì)錄提速了7倍，效果非常好?！背阒行闹魅芜t學(xué)斌如此評價，“這也體現(xiàn)了超算中心的算法、軟件優(yōu)化、并行化等能力得到國際認(rèn)可?！蹦壳埃麄円呀?jīng)將加速提升至20倍以上，同時擴充了新功能。
另外，超算中心隊伍開發(fā)出不少軟件供一些高校、研究所和企業(yè)使用，比如特征值計算、快速數(shù)值求解軟件等；超算中心網(wǎng)格軟件也走出國門，當(dāng)蘇丹建設(shè)超算中心時，該國3個中心使用了來自超算中心的網(wǎng)格軟件。而國內(nèi)其他超算中心鮮有如此情況。
作為超算中心元老級人物，遲學(xué)斌感慨道：“來到超算中心的年輕人都喜歡這一行業(yè)。因為這是一項具有挑戰(zhàn)性的工作，又極富成就感?！?