运算速度世界第一的神威·太湖之光超级计算机到底有多快？

运算速度世界第一的神威·太湖之光超级计算机

“神威”庞大的系统结构图。

11月11日至13日，第十三届中国(无锡)国际设计博览会暨2016无锡年度创客大会在无锡太湖博览中心举行，在众多参展的企业中，国家超级计算无锡中心成为此次博览会的一大亮点。今年德国法兰克福国际超算大会(ISC)公布的新一期全球超级计算机500强榜单中，由该中心研制的“神威·太湖之光”运算速度夺得世界第一，其1分钟的计算能力，相当于全球70多亿人同时用计算器不间断计算32年。

1 她长啥样?身如巨无霸，“卧室”有1000平米大

无锡滨湖区，国家超级计算无锡中心，“神威·太湖之光”的机身就安放在一间约1000平方米的房间内。走进机房内部迎面而来的是三组巨大的机柜，其中中间一组机柜的正面写着“神威·太湖之光”几个大字，而在机箱的上部边缘还有着不断闪烁的LED光条。这三组机柜又由40个运算机柜和8个网络机柜组成。工作人员随机打开一个机柜，看起来很像一个宽体式家用双开门冰箱，而里面却密密麻麻地排列着运算的抽拉式档案柜。打开柜门，4块由32块运算插件组成的超节点分布其中;每个插件由4个运算节点板组成，一个运算节点板又含2块“申威26010”高性能处理器。据统计，一台机柜装有1024块处理器，整台“神威·太湖之光”共有40960块处理器。

在这些机柜的后面，运算设备除了连接着大量网线外，每组运算单元上都接着两根水管，据介绍，这是用来冷却运算设备的重要组成部分，而这一水冷技术是“神威系列”超算的一大特点，它可以充分保证对高速运转芯片的降温效果，而在整个过程中，基本听不到机器运转的声音，只有水冷设备工作时非常轻微的流水声。

2 她有多快?最高运算12.5亿亿次/秒，世界第一

这样一个“庞然大物”的运行速度究竟有多快?国际超算大会上传来的数据显示，“神威·太湖之光”系统的峰值性能为12.5亿亿次/秒，世界第一;持续性能为9.3亿亿次/秒，还是世界第一。

“简单来说，这套系统1分钟的计算能力，相当于全球72亿人同时用计算器不间断计算32年;如果用2016年生产的主流笔记本电脑或个人台式机作参照，‘太湖之光’相当于200多万台普通电脑。”对此，国家超级计算无锡中心主任杨广文作了一个形象的比较。“每一块处理器相当于20多台常用笔记本电脑的计算能力，4万多块再组装到一起，速度之快可想而知。”

据了解，在全球超级计算机500强榜单上，名列前十的除了“神威·太湖之光”，还有中国的“天河二号”、美国的“泰坦”与“红杉”、日本的“京”、美国的“米拉”与“三一”、瑞士的“代恩特峰”、德国的“花尾榛鸡”和沙特阿拉伯的“沙欣II”。但在运算速度上，“神威·太湖之光”接近“天河二号”的3倍，美国“泰坦”的5倍，超过排名第二到第五的4台超级计算机运算速度的总和。

3 她有未来?让她学更多“功夫”，配好这“身板”

国家超级计算机无锡中心副主任黄建国接受记者采访时说，使用中国自主芯片制造的超级计算机“神威·太湖之光”技术超前、硬件一流，但还存在应用软件开发不足、配套人才少的客观事实。“相比较基于英特尔芯片开发的众多应用而言，目前国内支持国产申威处理器的应用还不多。”黄建国坦言，指令系统不兼用，是目前国家超级计算无锡中心面临的最严峻挑战。“很多企业现在使用的都是商业软件，如果要使用我们的机器，基础的指令就要对方自己去编，一些实力薄弱的单位目前还达不到这个水平。”

尽管在软件配套上还尚未完善，但国内各大机构对超级计算机的热情仍是不减。“神威·太湖之光”正式运行一个多月来，国内外多个应用团队项目通过使用该系统获得突破，目前已取得60多项应用成果。下一步，国家超级计算无锡中心除了进一步搭建好硬件平台外，还将用5到10年时间去优化软件生态，通过与全国各类高校、企事业单位的合作，去补缺“国产软件”少的短板，打破无相应配套软件可用的尴尬。“国外的一些商业软件拥有庞大的客户群，如果基于国产芯片的软件也有着这么多的话，我们就不用受制于国外了”。黄建国坦言。

4 最核心问题：她能干什么?

完成100年气象模拟只是小意思

“超级计算机最大的特点就是与时间赛跑，利用其快速的运算能力，通过数据分析帮助各行各业的研究机构，缩短他们的研发过程。” 国家超级计算无锡中心推广培训部的王琼告诉记者。他举了一个例子，比如说，气象预报是超级计算机最主要的用途之一。下不下雨关键看云层运动，有了超级计算机后，就可对云层运动的区域范围、轨迹等进行精确模拟与观测。他说，2011年天津“天河一号”观测精度为10万公里，“神威蓝光”实现1万公里精度，而“神威·太湖之光”把精度缩到9公里，如今正向着3公里精度迈进。未来有了更快的超算能力支撑，天气预报就可以万无一失了。更值得一提的是，“神威·太湖之光”系统可以在30天内完成未来100年的地球气候模拟，这在之前是不可想象的。有专家表示，以往过去2到3小时才能发出的海啸预警，现在最快十几分钟就可完成。

再比如，目前已经上市销售的一款汽车中，其安全系数、防撞力度等实验结果都是通过超级计算机运算而来。王琼解释，在以前，这些实验都是需要通过真车在现场一辆一辆碰撞而来，现在有了超级计算机，只需要几台车辆进行现场模拟后，其仿真的运算结果和实验结果作比对，既能减少企业产品的研发成本，又能提高企业的研发周期。

还有，在动漫电影中，为了使图像可以与漫画或者卡通达到形似的效果，专业人员通常使用卡通渲染着色器进行处理。一场2个小时的动漫电影，需要很大规模的渲染过程，一秒钟播放24帧画面，每一帧画面在后期制作过程中都需要渲染，需要24台机器同时给这个图片进行渲染，有了超级计算机后，可以同时给成千上万帧的图片进行渲染，以前一部动漫电影的后期渲染需要一年，现在可能只需要一个月就可以制作完成。

在医疗方面，超级计算机能够通过扫描真人的血管系统，运用3D建模技术建立动脉系统模型，成功地再现整个人体的动脉系统。过去，对一个可能发生脑梗塞的病人，医院难以判断是否要进行支架手术，一般都会通过从大腿动脉处放进测压导丝进行测量，这种方式既危险又痛苦。如今，经过模拟计算，只要血流储备分数小于0.8，就要做手术。

■科普时刻

什么是超级计算机?

超级计算机，是一种能够执行一般个人电脑无法处理的大量资料与高速运算的电脑。它的基本组成组件与个人电脑的概念并没有太大差异，但规格与性能则强大许多，是一种超大型电子计算机。具有很强的计算和处理数据的能力，主要特点表现为高速度和大容量，配有多种外部和外围设备及丰富的、高功能的软件系统。现有的超级计算机运算速度大都可以达到每秒一太(Trillion，万亿)次以上。

超级计算机是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机，多用于国家高科技领域和尖端技术研究，是一个国家科研实力的体现，它对国家安全，经济和社会发展具有举足轻重的意义，是国家科技发展水平和综合国力的重要标志。