走近天河

　　“天河悠悠漏水长，南楼北斗两相当。”古人对于天上银河的描写总是这样充满了诗情画意，一方面源于作者的丰富想象力，一方面也是因为受制于古时的科技水平，“天河”对于古人来说，太神秘了。

　　从北京驾车沿着京津塘高速公路一路向东，道路终点的天津经济技术开发区也有神秘的“天河”，那就是位于国家超级计算天津中心内的“天河一号A”超级计算机。

　　神秘天河专攻未知世界

　　当前，高性能计算已经成为世界高新技术领域的战略制高点，是科技竞争力和综合国力的重要标志。不管是国防、航天这样的国家层面的事务，还是天气预报、药品研制这样和平时生活息息相关的事情，高性能计算都在其中扮演了重要的角色。

　　2010年，国家超级计算天津中心在天津经济技术开发区正式建成中国自主研发的“天河一号A”超级计算机。当年，在LINPACK基准测试中，该计算机荣登全球超算性能TOP500榜首位置。

　　“天河一号A”超级计算机的峰值速度提升为4700TFlops，持续速度提升为2566TFlops，内存总容量262TB，存储总容量2PB。整个系统采用了CPU和GPU相结合的异构融合计算体系结构，硬件系统主要由计算处理系统、互连通信系统、输入输出系统、监控诊断系统与基础架构系统组成，软件系统主要由操作系统、编译系统、并行程序开发环境与科学计算可视化系统组成。整个计算处理系统：包含7168个计算结点和1024个服务结点。每个计算结点包含2路英特尔CPU和一路NVIDA GPU，每个服务结点包含2路飞腾CPU。全系统共计14336个英特尔至强X5670 CPU、2048个飞腾－1000 CPU、7168个NVID AM2050 GPU，CPU核共计102400个，GPU核共计100352个。

　　国家超级计算天津中心刘光明主任介绍说，天河一号系列超级计算机的成功，开创了超级计算机异构融合结构的时代。“通俗地讲，天河一号A就是CPU加GPU的组合。在实际应用中，我们发现有很大一类高性能计算机的应用，像流体力学、气动力学、FFT、CFD等的算法都适合这种结构。”

　　刘光明表示，在天河一号的基础上，天河一号A升级了GPU系统，同时将内部互联系统升级到具有中国自主知识产权的高速互联系统，并强化了操作系统，从而将天河一号A打造成了当时世界第一的高性能计算机。“整体系统分成两部分，一部分是英特尔的CPU加上NVIDA的GPU构成的系统，这个系统占到整个天河一号A八分之七，另外八分之一的部分是采用的国防科技大学自主研发的飞腾－1000 CPU。后者更像一个实验优化的环境，一些应用都在这上面做测试和实验。”

　　依托园区服务社会

　　都说好钢要用在刀刃上，如何发挥天河一号A的超强计算能力，相应的软环境是不可缺的，而天河一号A所落户的天津经济技术开发区恰恰就具备了这样的软环境。

　　作为天津滨海新区综合配套改革试验的先行先试区、中国北方对外开放的门户、高水平的现代制造业和研发转化基地、宜居生态型新城区，天津经济技术开发区致力于构建一个能够吸引、容纳各种先进经济要素、经济实体，有利于创造更多精神和物质财富，资源丰富、充满活力、欣欣向荣、和谐发展的中国新经济平台。同时依托现代制造业迅猛发展，天津经济技术开发区对装备制造、电子信息、生物医药等主导产业投入巨资，进行重点研发，并建立起公共研发平台。京、津两地的200多所高等院校也源源不断地为天津开发区提供充足的人才资源。而国家超级计算天津中心当初的建设目标就是为天津、环渤海湾，乃至全国范围的企业和科研院所提供高性能计算服务；以提高国家科技创新能力和促进产业技术创新；构建天津滨海新区高端信息产业基地。

　　2012年9月22日，国家超级计算天津中心和中海石油（中国）有限公司天津分公司、中海油田服务股份有限公司在天津超算中心签署合作协议。按照合作协议，“天河一号”将为中海油天津分公司和中海油服公司的石油勘探数据处理提供计算服务和计算技术支持。

　　国家超级计算天津中心计算技术支持部的孟祥飞部长向记者表示除了石油勘探、生物药物筛选、动漫制作、高端装备制造设计、地理信息处理等传统超算应用，天河一号A超级计算机还将在包括云计算、物联网、大数据等新兴应用方面展开相应的摸索，为整个滨海新区提供创新服务。

　　据悉，2013年1月23日，天津滨海新区经信委就在国家超级计算天津中心组织召开了“滨海新区电子政务云中心（一期）项目”项目验收会。

　　“现在国家超级计算天津中心实现了科技招商、产业聚集的作用，未来的目标就是进一步提高用户的应用水平。‘天河一号’和天津超算中心要成为天津滨海新区新兴产业发展的发的发动机和加速器。”刘光明说。

　　强强联手深化应用

　　中国已经是制造高性能计算机的大国，但是在使用这些超级计算机方面，在应用水平、应用深度方面和国外相比，还存在着差距。所以，正如中国计算机学会理事长、清华大学郑炜民教授曾经说过的，要想推进高性能计算应用的不断发展，不但要有高新能的设备，还需要产、学、研、用各方面的力量来共同推动。

　　所以在过去的时间里，国家超级计算天津中心一直在和社会上的不同用户合作，对高性能计算技术等进行开发和应用的研究。进一步提升国内超级计算机技术整体水平，培养更多的超级计算机技术人才，从而有力带动中国的科技进步和经济、社会发展，为人类的科技进步做贡献。例如，2012年12月24，国家超级计算天津中心与中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室签订了战略合作框架协议，双方通过合作的模式，一方面为中科院未来地球系统模拟科学计算平台的建设提供可以借鉴的经验，一方面又培养大规模科学计算和气候模拟交叉型人才；2012年11月至12月，国家超级计算天津中心于连续举办了三场基于有限元技术的工程设计与仿真的专业培训活动；2012年9月6日至7日，国家超级计算天津中心举办了为期两天的石油物探行业CPU+GPU高性能计算技术培训班。

　　2013年1月17日，天津经济技术开发区、国家超级计算天津中心以及NVIDA公司正式举行签署仪式，三方将共同打造联合实验室。据悉，三方携手打造的联合实验室将对NVIDA一系列技术包括CUDA， OpenACC， Cloud Supercomputing技术等进行开发和应用的研究。进一步提升国内超级计算机技术整体水平，培养更多的超级计算机技术人才，从而有力带动中国的科技进步和经济、社会发展，为人类的科技进步做贡献。

　　NVIDA公司PSG全球副总裁Shanker Trivedi表示：“目前NVIDA在GPGPU架构上已经开发了超过300个的并行计算应用，未来的目标能有超过1000个这样的应用。我们将通过与国家超级计算天津中心共同打造联合实验室的形式，共同推动科研工作者发现效率的提升、协助解决全世界最复杂科学难题，同时也会将‘天河一号A’的性能广泛应用于各行各业的设计和研发中。”

　　刘光明坦言，GPGPU的异构结构对于用户来说，使用还是比较困难的，这也就要求超算中心与用户一起来必须想办法克服这些困难。“在天津超算中心，有一些应用做的很不错，例如在石油勘探方面，我们在天河一号A超级计算机上与中石油东方地球物理公司（BGP）一起合作，开发了相应的软件，使性能提升了6倍。这次和NVIDA成立联合实验室，一方面的目标是进一步提高异构系统效率，另一方面是希望在新兴产业方面能有所突破。双方还会举行一些研讨会、培训等系列活动来推动这方面的工作，让用户的使用效率能够更高。”

　　采访手记

　　生于忧患、死于安乐

　　目前，天津、济南、长沙、深圳等地的国家级的超算中心已经相继建成，并投入使用。在各大超算中心紧锣密鼓地开展各项工作的同时，来自业内的相关人士也在对超算中心的未来发展进行思考。在2012年全国高性能计算学术年会上，就有专家提出，“超算中心的发展也需要改革了”。一位超算中心的负责人向记者表示，现在的情况来看，超算中心一般只能得到国家最初几年的资金投入，之后就需要超算中心自己寻找一条“自我造血、自我维持”的道路。

　　国家超级计算天津中心有没有遇到未来如何发展的问题，他们又是如何找到自己的发展道路的？

　　在国家超级计算天津中心主任刘光明看来，中国的超算中心首先要想的是如何生存下去，然后才是如何持续发展的问题。刘光明笑称，自己就如同一个老板，每天一睁眼就在想着营收的问题，每天在做的事情就是算天、算地、算人。前两个就是每天在进行的各项工作，而最后一个就是再算每天要花多少钱，每个员工能够为中心挣多少钱。

　　“在中国，如果一个超算中心只做高性能计算，那肯定的说是活不下来的。一方面，超算中心重在应用，重在支持产业发展，重在得到社会的积极效应，另一方面，如果没有先进的技术，没有核心技术，超算中心是立不了本、立不足脚的，更谈不上未来的发展。超算中心必须要结合所在地区的产业发展为，依托政府资源的同时，寻求市场支持，协同发展，才能发展下去。”刘光明认为，当前各地不缺少超级计算资源，缺少的是对用户所需要的技术支持能力。他举例说，为什么天津超算中心能够得到那么多石油物探领域的客户的认可，就是因为天津超算中心在软硬环境和技术队伍的实力。

　　刘光明认为，在天河一号A获得高性能计算TOP500世界排名第一以后，国家超级计算天津中心实现了一个重大的转身，更加关注计算平台上各项应用，更加把超算中心的发展聚焦在产业发展。在他看来，结合当前正在快速发展的云计算、大数据服务，超算中心大有作为。“现在各地、各部位都在大力建设云计算中心，这些中心对用户提供的是数据的收集的服务，那如何如何瓦局这些数据的价值，就需要超算中心来发挥作用了，数据挖掘核心就是超算中心。如果能够形成这样的一个模式，或这样一个整体，那么就可以形成一个很好的超算发展生态链。

　　本报记者 汤铭