长沙超算中心打造计算产业底座 推动经济社会高质量发展的新引擎

2021-07-09 14:57:56

坐落于岳麓山脚下湖南大学校区内的国家超级计算长沙中心(以下简称“长沙超算中心”),正以先进计算技术支撑起湖南省的数字产业发展。5月28日,《中国电子报》记者走进长沙超算中心,映入眼帘的是天河广场、天算台和研发楼三大造型别致的建筑。其中,天算台为圆柱结构,外形类似数字0,研发楼看上去像数字1。美妙的建筑设计传达了灵动的计算语言,0和1就像跳动的音符,仿佛演奏着湖南计算产业蓬勃发展的美妙乐章。

湖南计算产业的底座

湖南省工信厅公布的最新数据显示,2020年湖南数字经济规模达1.15万亿元,同比增长13.9%,发展增速排全国第四。数字经济正成为推动湖南省经济社会高质量发展的新引擎。

数字经济发展的核心是数据,数据中心则是数字经济发展的基础。湖南省计算产业链具有完整性、集中性的特点,长沙超算中心是把它整合在一起的纽带。

“计算产业链是从芯片、电子元器件开始,到整机制造、操作系统,再到基础软件、云计算平台,最后落脚在超级计算中心上。湖南省在每个环节上都有自己的龙头代表。”长沙超算中心总工程师唐卓在接受《中国电子报》记者采访时表示,“整个计算产业链之所以成立,很重要的是数据中心起到关键性的链条作用,把它们串到一起,沉淀为电子信息产业生态。”

据了解,湖南省计算产业链正在逐渐完善,中电科四十八所、长城科技、湘江鲲鹏、麒麟软件、飞腾等公司已生根长沙。面对越来越庞大的数据处理需求,单纯的进行数据演算和储存,已无法满足企业深挖数据价值、前置市场战略的需求。

通常来看,提供计算能力的数据中心有三类:IDC数据中心、公有云中心、超级计算中心。三者的区别在于各自可提供的数据和计算服务上。IDC数据中心可以提供网络资源和机房设施;公有云提供算力,但需要自主研发应用软件和应用服务;超级计算中心可以提供算力资源、基础软件和应用服务,直接解决行业的计算需求,提供应用解决方案。“如果按房屋来比喻的话,IDC数据中心是出租的毛坯房,公有云是精装房,那我们超算则是一站式的服务型酒店。”唐卓生动的说道。为了更好地满足数字经济的发展,这些年,长沙超算中心一直在积极推动“酒店”的升级。

全国算力的中流砥柱

据介绍,长沙超算中心目前使用的主要算力设备是由国防科技大学牵头研发、湖南大学负责运营的超级计算机“天河一号”。

走进长沙超算中心,蓝色的机体整齐地排列在机房内,从外表看“天河一号”普普通通,并无惊奇之处。但据介绍,“天河一号”每秒千万亿次级别的双精度浮点数计算能力,其高效能的调度系统和通信互联网络能让几千上万个高性能计算节点步调协同地进行大型复杂计算;应用场景可辐射天气预报、工程仿真、生物医药、能源勘探等领域。同时,计算性能百倍于“天河一号”的“天河三号”入驻长沙超算中心,与“天河一号”共同执行任务将指日可待。

从“银河-Ⅰ”到“天河三号”,中国超算已走过了40载,国家超算中心也遍布了天津、深圳、长沙、济南、广州、无锡、郑州、昆山共8个城市。作为科技部正式批准的第三家、中西部第一家国家超级计算中心,长沙超算中心是国家算力基础设施的重要组成部分。

据唐卓介绍,超算中心不同于一般的IDC数据中心和AI智算中心(人工智能计算中心),其不仅能提供通用的大数据处理和人工智能模型训练能力,更以提供面向国家战略的大型科学研究与工程计算所需的计算能力为使命。在国家算力网的规划下,可由目前地理上分散的国家超算中心作为区域中心节点,统一布局、统一调度,共同协作解决事关国计民生的大问题。

长沙超算中心有两个显著的特点。一是依托湖南大学深厚的学术资源。“如果是面向智能制造的问题,我们可以把湖南大学各相关学科的相关专家集中到一起进行讨论。之前我们遇到湖南某行业龙头企业特大型风力发电机组设计问题,需要流体力学、结构力学的基础建模和材料学的特性研究,我们就联动了电气与信息工程学院、机械与运载工程学院、信息科学与工程学院和材料学院的专家共同组织攻关,这是我们的人才资源整合优势。”唐卓告诉《中国电子报》记者。

二是长沙超算中心拥有强大的技术优势。唐卓介绍说,从天河超级计算机系列的研制、超算云服务平台、基础数学库到高性能应用软件系统的开发,国防科技大学与湖南大学有着完整的技术支撑团队,形成了较为完整的研发链条。

长沙超算中心与全国其他的超算中心相比,商业性较弱但学科聚集效应好,平台性较强,为挖掘科研潜力提供了沃土。

软件是亟待补齐的短板

谁占据了算力的制高点,谁就有了领先社会发展的基础。因此,领衔世界首位的超级计算机就显得至关重要,这使得世界各国围绕超级计算机“桂冠”的争夺一直锱铢必较。在全球超算Top500的最新榜单中,日本富岳再次蝉联第一,中国的“神威·太湖之光”位列第四位。在全球超算的赛场上,美日中三国交替领先超算榜单。

目前,中国超算硬件技术水平位居世界前茅,但应用水平却是短板。唐卓告诉《中国电子报》记者,软件系统的本地化开发率低和原有系统的移植成本高是摆在长沙超算中心面前的两大挑战。

为补齐软件短板,长沙超算中心正在积极寻求解决方法。一方面湖南大学已经成立了高性能计算应用软件技术教育部工程研究中心,另一方面正积极推动项目的软件工程移植,对不能移植的核心算法库、数据库、解算库等成立专家组进行深度开发。

但基于国产处理器的超算应用生态建立不是湖南大学可以单独解决的,他呼吁联动全国高校和政府机构共同攻坚。“就像造飞机一样,我们在气动与机体设计制造、系统集成等方面都取得了突飞猛进的发展,回头看最难的恐怕是航电软件系统。电子信息产业的硬件制造已经发展起来,但是操作系统、应用软件发展跟不上,整个产业生态就无法实现自主可控。”唐卓说。

唐卓认为未来超算将更加趋于服务化和云化。计算服务化是以应用需求为导向,解决实际问题。相较于日本、美国,中国的发展模式是先有超算中心再找应用需求,我们现在努力转变为针对应用需求,再倒推构建算力模式。

计算云化是联通各个超算中心的数据和平台链接为一体,做资源共享。“东数西算”就是一个很好的例子,整个过程不仅需要东部的数据、计算模型的发送,更需要西部有完整的接收平台、适应计算模型的设施,这些问题都可以通过云化来解决。

唐卓呼吁,高科技企业应该培养使用数值计算、大数据分析的方法来解决企业技术瓶颈的意识,这个呼吁不仅要从国家层面,更应该从行业、媒体等视角多方呼吁,首先要形成使用计算和算力定位问题的意识,再寻求具体解决方案,目前这是计算产业亟待深度思考的问题。

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