為科研插上“更好更快更多”的翅膀

　　11月20日，第44屆世界超級計算機500強排行榜揭曉，由中國國防科技大學研制的“天河二號”超級計算機再次位居榜首。這是繼2013年6月第一次奪冠以來，“天河二號”連續第四次摘得全球最快的桂冠，再一次將世界的目光引向了這個來自中國的超級計算機。

　　 隨著經濟社會的發展，在科技、經濟和社會發展等領域存在一系列復雜、大型的挑戰性問題需要解決，而對這些問題進行計算求解，必須依賴速度超快、容量超大的超級計算機。

　　 作為國家863計劃和“核高基”國家科技重大專項項目，“天河二號”以其超大的存儲容量和難以想象的計算速度，無可爭議地成為國家科研的重要基礎工具，在諸多領域發揮著重要作用。

　　 讓尖端科技效能實用好用

　　 2013年11月，“天河二號”在國家超級計算廣州中心投入運行，并正式向國內外用戶開放使用。目前，“天河二號”二期建設的第一步升級基本完成，機器之間的通訊速度翻了一倍，已釋放的計算資源利用率為76％。專家預計，在今年12月底前，“天河二號”的計算資源將全部被釋放。明年，超算中心將對“天河二號”進行加速卡的升級，以提高其中央處理器的性能。

　　 “超級計算機研制難，用好更難。但我們不僅要研制世界性能最高的超級計算機，而且要研制穩定可靠、應用廣泛的超級計算機，這是我們始終追求的目標。”提起“天河二號”，項目副總設計師朱小謙研究員說。

　　 為讓“天河二號”實用好用，“天河人”根據我國特別是廣東省及珠三角地區對大數據處理、智慧城市建設等方面的應用急需，創造性地提出了異構多態體系結構，實現了系統的均衡設計。針對新型體系結構使用難度大的問題，他們還自主開發了一種新的編程框架，將異構特征“屏蔽”起來。也就是說，用戶在使用“天河二號”時，既能發揮它的強大運算能力，又不會因異構多態體系結構的復雜性增加編程的難度，從而有效提高了易用性。

　　 國家超級計算廣州中心主任袁學鋒介紹說，近年來，我國超級計算機需求以不斷增長，各行各業方興未艾的創新活動，為我國超級計算機研制、應用的快速發展提供了強勁動力，同時推動著科技創新、產業升級、經濟社會發展。“天河二號”研制成功后，對于若干典型應用已經開始試算，并取得了比“天河一號”更高的計算效率和更好的計算效果。

　　 該中心先導系統技術負責人盧澤新研究員說，“天河二號”在計算規模、計算精細度和計算效率等方面大大超過“天河一號”。以500人規模的全基因組信息關聯性分析為例，華大基因利用自有計算機系統需1年時間，利用“天河二號”只需3個小時。在新車研發中，采用傳統設計手段，一般要經過上百次的真實碰撞實驗，歷時兩年多才能完成一款新車的結構設計，而利用“天河二號”對汽車碰撞模擬和空氣動力學模擬結果，只需3到5次實車碰撞，兩個月即可完成任務。

　　 技術“福利”延伸各行各業

　　 目前，“天河二號”已構建起材料科學與工程計算、生物計算與個性化醫療、全數字設計與裝備制造、能源及相關技術數字化設計、地球科學與環境工程計算、智慧城市與大數據處理等六大應用服務平臺。并先后為250多家用戶提供計算服務，其應用行業涉及生命、能源、宇宙等學科。

　　 在“天河人”心目中，“天河二號”神通廣大、無所不能——

　　 中國商飛北京民用飛機技術研究中心利用“天河二號”開展大型客機C919全參數氣動優化設計計算，僅用6天時間就完成了過去需要2年才能完成的計算量，在極大提高工作效率的同時，首次實現了國際上全機復雜構型高精度大規模數值模擬。中科院上海藥物研究所基于“天河二號”開展了75萬個小分子化合物的結合親和力評估，完成了600多個各類藥物的體內外活性測試評價，為治療惡性腫瘤、乙肝、糖尿病等疾病提供了新的途徑。陜西高性能研究中心依托“天河二號”開展了基于蒙特卡羅模擬方法的金融風險量化研究，利用3344個異構計算結點進行VaR模擬測試，實現了千萬級投資組合的多維度市場風險分鐘級準實時計量，對增強我國金融機構的風險敏感性、降低風險加權資產、提升資金精細化管理能力打下了良好的計算技術基礎。同時，天河二號還適配了廣州市電子政務數據管理系統、云盤存儲系統等關鍵業務系統，為廣州市電子政務和智慧城市建設搭建了一個高效可靠的承載平臺。

　　 2012年4月，國家超級計算天津中心聯合天津大學，與英國、挪威、西班牙、保加利亞和瑞士歐盟五國的研究機構申請了基于“天河一號”的中歐超級計算戰略合作項目。如今，“天河二號”繼續為國外研究機構提供了高性能計算服務。德國慕尼黑工業大學等合作團隊，利用“天河二號”開展的真實地震震波傳播模擬工作，模擬再現了1992年美國加州蘭德斯大地震震波傳播過程，為研究地震波產生傳播機理和地震預報提供了新的途徑。

　　 可以說，無論是領域、程度還是效率，“天河二號”的應用碩果累累，為各行各業帶來了高新技術的“福利”。

　　 科技資源共享惠及民生

　　 盡管“天河二號”在基因測序、生物醫學、污染治理、高速列車設計制造等一系列國家大型工程中大顯神通，但在袁學鋒看來，“天河二號”不只能完成這些“國字號”的大工程，還可以輔助小企業、幫助普通人實現自己的夢想，“這臺‘高大上’是經濟實用型的，有需要的普通人也有機會體驗一把超算的感覺。”

　　 他說，通過超算技術，不僅能利用動漫渲染平臺完成一部動畫片制作，還可以研制出虛擬試衣、模擬試駕等應用項目。例如，服裝店老板可以根據自己的消費群設計虛擬人形象，使之試穿衣服，供消費者選擇。

　　 國防科技大學計算機學院副院長、“天河二號”工程副總指揮李楠介紹說：“超算中心的進駐與老百姓生活也有很大關系。比如，超級計算機可以大大提高天氣預報的準確率，在娛樂產業中也能大展身手，電影《阿凡達》中，超過三分之二的人物與景象都是通過超級計算機計算出來的。”

　　 目前，“天河二號”已先后為250多家用戶提供計算服務，為每個用戶提供5萬核小時的免費試用期，并為個人用戶準備了培訓教室。截至今年10月，“天河二號”云服務應用也初見成效，共有云平臺用戶20余家，為用戶提供了高安全等級資源服務，并先后適配完成了廣州市政府網站群、電子政務數據交換平臺等應用。同時，為動漫產業提供海量的計算資源，目前正在支持華強、奧飛、酷卡等多個用戶的渲染業務。今后，還將依托“天河二號”，為各類教育管理系統提供所需計算和存儲資源。

　　 另外，為進一步發揮科普基地和教育平臺作用，國家超級計算廣州中心正抓緊建設“天河二號科普展廳”，后續將在網站上開辟專門的超算免費視頻培訓班以普及超算。屆時，不僅能為青少年更好了解超級計算科學提供互相交流平臺，更可讓公眾進一步加深對超級計算科學全貌的知悉度。

　　 我們有理由相信，伴隨“天河二號”應用領域的不斷擴展，及其資源開放共享的持續推進，它必將成為推動國家科技創新和服務社會、改善民生的強勁引擎。