2021超算盤點：算力經濟登上歷史舞臺

今年是我國超算應用實現豐收的一年。

在11月中旬在美國舉行的全球超算大會（SC21）上，中國超算應用團隊憑借基于一臺神威新系統對量子電路開創性的模擬（“超大規模量子隨機電路實時模擬”），一舉摘得國際上高性能計算應用領域的最高學術獎——戈登貝爾獎。同時，在SC 21大學生超算競賽總決賽上，清華大學超算團隊再次奪得總冠軍，實現SC競賽四連冠。這些大規模應用軟件可擴展性和性能調優方面的成績表明，我國在并行軟件方面的發展方興未艾。

回到超算對產業的驅動來看，我們要重提“算力經濟”一詞。早在2018年，我們提出“算力經濟”概念，認為以超級計算為核心的算力經濟將成為衡量一個地方數字經濟發展程度的代表性指標和新舊動能轉換的主要手段。綜合近幾年的發展趨勢，我們認為高性能計算當前發展趨勢已充分表明，隨著超算與云計算、大數據、AI的融合創新，算力已成為當前整個數字信息社會發展的關鍵，算力經濟已經登上歷史舞臺。

通過對2021年中國高性能計算機發展現狀綜合分析，可以總結出當前高性能計算正呈現出以下幾個特點。

首先，高性能計算與云計算的已經深度結合。高性能計算通常是以MPI、高效通信、異構計算等技術為主，偏向獨占式運行，而云計算有彈性部署能力與容錯能力，支持虛擬化、資源統一調度和彈性系統配置。隨著技術發展，超級計算與容器云正融合創新，高性能云成為新的產品服務，AWS、阿里云、騰訊、百度以及商業化超算的代表“北龍超云”，都已基于超級計算與云計算技術推出了高性能云服務和產品。

其次，超算應用從過去的高精尖向更廣更寬的方向發展。隨著超級計算機的發展，尤其是使用成本的不斷下降，其應用領域也從具有國家戰略意義的精密研制、信息安全、石油勘探、航空航天和“高冷”的科學計算領域向更廣泛的國民經濟主戰場快速擴張，比如制藥、基因測序、動漫渲染、數字電影、數據挖掘、金融分析以及互聯網服務等，可以說已經深入到國民經濟的各行各業。

從近年中國高性能計算百強排行榜（HPC TOP100）來看，超算系統過去主要集中于科學計算、政府、能源、電力、氣象等領域，而近5年互聯網公司部署的超算系統占據了相當大比例，主要應用為云計算、機器學習、人工智能、大數據分析以及短視頻等。這些領域對于計算需求的急劇上升表明，超算正與互聯網技術進行融合。

從HPC TOP100榜單的Linpack性能份額看，算力服務以46%的比例占據第一，超算中心占24%排名第二，人工智能、云計算和短視頻分別以9%、5%和4%緊隨其后。可以看出，人工智能占比的持續增加與機器學習等算法和應用的快速崛起、以及大數據中的深度學習算法的廣泛應用有很大關系，互聯網公司通過深度學習算法重新發現了超級計算機特別是GPU加速的異構超級計算機的價值，紛紛投入巨資建設新系統。

綜合來看，目前的算力服務、超算中心、人工智能、科學計算等領域是高性能計算的主要用戶，互聯網、大數據特別是AI領域增長強勁。

再次，國家層面已經制定了戰略性的算力布局計劃。2021年5月，國家發改委等四部門聯合發布《全國一體化大數據中心協同創新體系算力樞紐實施方案》，提出在京津冀、長三角、粵港澳大灣區、成渝以及貴州、內蒙古、甘肅、寧夏建設全國算力網絡國家樞紐節點，啟動實施“東數西算”工程，力促把東部的數據送到西部進行存儲和計算，同時在西部建立算力節點，改善數字基礎設施不平衡的布局，有效優化數據中心的布局結構，實現算力升級構建國家算力網絡體系。

最后，人工智能的算力需求已成為算力發展主要動力。機器學習、深度學習等算法革新和通過物聯網、傳感器、智能手機、智能設備、互聯網技術搜集的大數據，以及由超級計算機、云計算等組成的超級算力，被公認為是人工智能時代的“三駕馬車”，共同掀起最新一輪的人工智能革命。在人工智能蓬勃發展這一背景下，虛擬化云計算向高性能容器云計算演進，大數據與并行計算、機器學習融合創新就成為了產業發展的最新方向。

此外，在智能計算評測方面，我國已經提出了包括AIPerf 500在內的眾多基準測試程序，這是對傳統Linpack測試標準的有力補充。

這些發展表明超算技術向產業滲透的速度加快，我們已經進入一個依靠算力的人工智能時代，這也是未來發展的必然趨勢之一，隨著用戶對算力需求的不斷增長，算力經濟必將在未來社會發展中占據重要地位。