高性能计算应用短板如何补

近年来，中国超算在全球范围内的影响力已今非昔比。20多年前，中国技术人员操作超级计算机需要在“玻璃房子”中进行，如今中国已经连续多年占据全球计算速度最快超算第一位。

“超算在应用层面的滞后是我们长期以来的一个痛点。”10月18日，2018年全国高性能计算学术年会(HPC 2018)在青岛召开，中国工程院院士、浪潮集团首席科学家王恩东在会上做主题演讲时说，近20年来，我国的高性能计算机不断地在“打榜”，为了能够在性能指标上成为世界第一做了大量的研究性工作，然而在怎么用好超算的命题上，中国还有不少短板亟待弥补。

今年6月，由IBM公司研制、部署在美国能源部下属橡树岭国家实验室的“Summit”超级计算机，以浮点运算速度峰值超过200PFlops的性能，超过中国“神威·太湖之光”成为新晋世界第一。不过，记者观察到，中国超算业界对此并不感到惊讶，反而是，在中国“霸榜”多年之后，越来越意识到超算终要回归应用这一命题。

“我想不仅仅是(依靠国家力量)做了几台机器，实际上在一些国内的高性能超算中心的建设方面，我们也是在不断地追逐新的性能指标。”王恩东说，我国在高性能计算方面发展势头和氛围都非常好，但“高性能计算发展的性能指标跟应用的关系”等问题“需要我们认真思考”。

“硬件先行”该告一段落了

王恩东介绍说，一般而言，美国或欧洲的一些超算中心，都是基于应用来建设的。而反观我们，“很多时候是先建超算中心再找应用。我想说这个阶段是否可以告一个段落了?”

欧美国家对诸如超级计算机这种大型装置的使用率向来十分重视。中国科学院计算机网络信息中心总工程师阎保平告诉《中国科学报》记者，数年前她曾前往美国几家国家级超算中心访问，令她印象最为深刻的是，这些超算中心最大的一支队伍不在运维部门，而是为超算用户提供技术的部门——那里汇集了计算专家和各领域的科学家。她认为，这种“混搭型”结构是美国超算应用水平居世界前列的重要原因。

“超算还是要面向应用的。”王恩东在会上说，当下我们应当以应用为引导，以满足应用、引领应用来发展中国的高性能计算产业、技术和学术。

中国国家高性能计算机工程技术研究中心副主任何铁宁认为，美国之所以在“软件推动硬件”方面做得比中国好，深层次原因在于美国在基础工业软件、基础科研方面的应用软件比中国丰富得多，这导致中国不得不反过来“以硬促软”。不过他也认为，“软件的事情要马上着手做”。

中国超算须构建应用生态

近年来，中国超算在全球范围内的影响力已今非昔比。20多年前，中国技术人员操作超级计算机需要在“玻璃房子”中进行，如今中国已经连续多年占据全球计算速度最快超算第一位(今年6月被美国再次反超);在应用方面，中国超算应用团队也在2016年、2017年连续2年获得超算应用领域最高奖“戈登贝尔奖”。并且，中国也在部署下一代超算——E级超级计算机，国家“十三五”高性能计算专项课题部署的3个E级超算的原型机系统——神威E级原型机、“天河三号”E级原型机、曙光E级原型机，目前已全部实现交付。

无怪乎日本东京工业大学教授松岗聪早在2016年曾说：“中国已经正式成为了高性能计算机领域的世界领导者之一。”

然而，如果我们向上看，与真正的超算强国美国相比，仍存在很多不尽如人意之处。比如，在HPC 2018会议上公布的中国超算性能Top100排行榜中，虽然第一次出现所有入围高性能设备均为国产，但多数核心计算架构(主处理器和加速器)仍为“Intel CPU+NVIDIA GPU”或“Intel CPU+ Intel Phi”。

“今天中国超级计算机或多或少存在这样的情况，就是我们在国际上的地位很高，但回头照照镜子，我们在应用领域里还存在相当大的短板。”中科曙光总裁历军在近日召开的“高性能计算应用研讨会”上说，“未来我们可能还需要再花5~10年的时间，在应用水平、应用广度方面跟国际发达国家缩小差距，补上这个短板。”

如何补齐这些短板?历军认为，一条必由之路是基于中国自主的核心计算架构，构建超算研制与应用生态。

中科曙光是国内高性能计算领域领军企业，在上述中国超算Top100排行榜中，曙光公司以40台系统入围榜单，位列该榜单厂商份额第一位。由曙光负责研制的E级原型机系统，探索了基于国产CPU和加速芯片架构的系统研制。

“我们希望与大学、研究所建立更紧密的合作关系，安排经费、资源、人员来共同营造基于国产核心技术的应用生态。”历军说，在曙光看来，只有用好了，高性能计算机的研制才真的好了，“彼此相辅相成”。

挖掘高性能计算新的应用领域

目前，超算的应用场所主要仍在高校、科研院所，企业所用超算极少，而应用领域也多分布在传统的科学大数据分析、工程计算等方面，“用好超算”在社会各界还是个新命题——这距离HPC 2018大会主题“HPC+一切皆可计算”的愿景相去甚远。

“计算发展很快，数字产业化，云物移大智，我们所处的信息社会、智能社会，它的支撑就是计算。”王恩东说，当下，结合新的发展需求，业界要去思考：高性能计算新的应用领域在哪?

他举例说，当前云计算发展态势迅猛，但云计算不等于高性能计算;人工智能计算(AI)也在快速发展，且高性能计算能够为AI提供一些支撑，但AI计算也不是高性能计算。

他认为，中国高性能计算产业“相比国外也是落后的”。这源于中国在发展高性能计算之初就是“研究和产业两条线”。“西方国家是山峰就在山脉里面，我们的山峰是在海洋里面的。”王恩东说，“单纯依靠国家财政支出去支撑一两台峰值计算机，对中国超算持续健康发展可能是不利的。”

阎保平认为，十几年前我国高性能计算机硬件落后，经国家推动后掘起了;现在是应用软件落后，“指挥棒”应该往应用这边偏了。“在部署高性能计算机研制的时候，国家对应用软件、算法的部署应一并跟上，而且要侧重做一些突破性的投入和研发。超算硬件、软件是一体化的，这样才能提高国家高性能计算的整体实力。”