全球超算冠军缘何易主：超算排名只比计算能力

走进上海超算中心“看超算”　　IT时报 潘少颖　　本期嘉宾　　李根国 上海超级计算中心副主任　　就在几周之前，第37次全球超级计算机TOP500排行榜中，我国国防科大研制的“天河一号”第一次获得“状元”，排名第一，令国人欢欣雀跃。可是没想到的是，很快第一的位置又被日本超级计算机“京”所取代。　　为何“天河一号”所占据的超算冠军会被日本计算机夺走？超算冠军易主又说明了什么？《IT时报》记者带着对超级计算机的种种好奇，走进位于张江的上海超级计算中心。　　超算排名只比计算能力　　超级计算机的排名是用什么标准来衡量的？上海超级计算中心副主任李根国告诉记者，目前使用的评判标准是LINPACK(线性系统软件包)，通俗地讲，就是看谁求解一元N次稠密线性代数方程组的速度更快，以此来评价高性能计算机的浮点性能。　　其实，国际TOP500排名，仅仅是计算机速度的比赛，但判断一个国家的整体计算机实力，不能只看冠军一个指标。日本超级计算机“京”此次夺冠并不奇怪。在历史上该国超算水平就很强，从2002年6月至2004年，日本超级计算机“地球模拟器”就曾连续5次夺得 TOP500桂冠。　　在此次榜单中，记者发现，中国的超算保有量从上次的41台上升为62台，居于美国之后，排名第二。虽然这是一个可喜的现象，但李根国认为我国的超级计算机和国外相比还是存在一定缺陷。“一是目前中国的超级计算机大多数都使用GPU(图形处理器)加速核心，虽然提升了排名，但GPU仅限于某些程序的加速，应用不广泛；二是中国可以造出很多超级计算机，但却没有掌握核心的CPU技术，大规模使用的还是英特尔芯片；三是超算的应用范围还应更广泛，美国把超算运用到了信息处理方面，比如让超算模拟经济运行状态，以及让超算来为产品定价，中国在这些方面的应用很少。”李根国认为。　　“超级计算机的排名变化很大，一般排在250名之后的超级计算机，在下一次的评比中就会落榜。”李根国说。　　目击世界第40位超级计算机　　从1946年，世界上第一台电子计算机诞生，到我国第一台超级计算机“银河一号”于1983年问世，再到后来的“神威”、“曙光”，每一代超级计算机最大的进步就是其计算能力大幅度的提高，从最初的5000次/秒，到2011年6月16日发布的第37次全球超级计算机TOP500排行榜上位于榜首的8773.63万亿次/秒，如今超级计算机运算速度比最初增长了1亿多倍。　　说起超级计算机，大家不约而同地都会想到它的运行速度特别快、性能特别强大。而记者在上海超级计算中心的机房里也看到了目前位于世界第40位的“魔方”(即“曙光5000A”)，这是中国首台百万亿次超级计算机，运行速度可达200万亿次/秒。隔着工作区域的玻璃门，记者看到了“魔方”黑灰色机柜，犹如整齐排列的披甲武士，上面布满了高密度刀片主板和基于该主板的世界上第一款7U高度的10片4路4核64位CPU的工业标准刀片服务器，工作人员正在对“魔方”进行24小时的监控。　　谁在使用超级计算机？　　在机房里记者看到的“魔方”，就是一排排的机柜，那么它的主机、显示器、键盘和鼠标又在哪里？工作人员告诉记者，用户可通过网络终端登录来使用超级计算机，这些终端可以是PC机、工作站、也可以是个人笔记本电脑，这些都成为超级计算机的“键盘鼠标”。　　这台神秘的“魔方”谁在使用？“机房上方悬挂的液晶显示屏上显示的是‘魔方’目前的使用情况，不同颜色的小方格代表不同的单位，现在已经有350个左右课题组申请了魔方的使用账号，如果有新的课题组要使用魔方，需等候1~2个小时，相对于一开始很多用户仅上机排队时间就需要等待一个月时间，已经缩短了很多。现在使用魔方的大多是高校、研究所、工程设计院等，应用也涉及到纳米材料、生物医药、航天航空等20多个领域。”李根国告诉记者。　　“超级功耗”或达上海耗电量千分之一　　超级计算机“算得快”，取决于它的“内心”技术，而支持这颗“心脏”持续高速工作的是强大的功耗。此次TOP500排名中，有29台超算的功耗都超过了1MW(兆瓦)，性能排名第1的“京”，功耗也最大，为9.89MW，超级计算机的功耗正呈现出逐步上升的态势。李根国告诉记者，日本甚至为 “京”专门建造了发电站和机房。　　超级计算机的功耗到底如何？“‘天河一号’的功耗是6000千瓦，每年所需要的电费高达5000万元，上海超算中心目前正在使用的‘魔方’的功耗是1000千瓦，每年的电费在1200万元左右。我国正在规划研制一台5万万亿次的超级计算机，其功耗预计为20000千瓦，相当于上海总用电量的千分之一。”李根国给记者算了一笔账。　　在目前采用的超级计算机评比标准LINPACK中，并没有考虑到超级计算机的功耗，只是看超算的运行速度。不过，现在超级计算机的功耗也已经出现在评判标准中。超级计算机Green500榜单就主要关注超级计算机在能效方面的表现，以使人们更加关注节能减排。“如果一台超级计算机的功耗超过10000千瓦， 就要对其进行控制。” 李根国认为。　　TIPS　　我们身边的“超算”　　1.气象预报：人算不如超算　　在超级计算机没有诞生之前，要想知道天气变化，都要专门人士去布置卫星、探测器等，捕捉大气变化，再根据自身经验来判断。　　而超算就可以直接模拟大气变化，结合其它监测仪器发回的数据，自动分析出风云变幻，提高了气象预报的准确性。而我们经常听到的“局部地区有雨”等字眼在超算的帮助下也会逐步消失，因为超算能准确计算出哪个地区什么时候会下雨。　　2.汽车/飞机设计：安全舒适让超算把关　　汽车设计需要综合考虑空气流体动力学、燃料消耗、结构设计、防撞性，乘坐者舒适度、以及噪音等多种因素，因此设计一款好车，必须借助超级计算机。　　对于所有人最关心的安全问题，以前在设计汽车时，汽车制造商通常需要用100多辆汽车进行碰撞试验，而现在用超算来建模、修正、设计后，制造商只需用7~8辆车进行真车实验，而且也大大缩短了新车的下线周期，从原先的平均36个月缩短到了12个月。而飞机的设计制造亦是如此。　　3.市政工程：它知道桥梁的不可承受之重　　记者在计算机科技馆里看到了一座桥梁的模型，桥梁的底下一层还有轻轨。工作人员告诉记者，超算可以计算出当有轻轨通过时桥梁的应力变化；甚至当两列相向而行的列车同时经过该桥时，桥梁是否扛得住，以保证桥梁和过往车辆的安全。　　其实，桥梁的承受力和安全性都是超算通过力学原理计算出来的，比如在极端的气候条件下，桥梁的承受力；被多大吨位的船撞击后，桥梁会垮塌等。