這就是中國優(yōu)勢 | 科技優(yōu)勢（十二）中國超算：全球超算TOP500中國上榜最多

【導(dǎo)語】“可上九天攬月，可下五洋捉鱉，談笑凱歌還?！边@是一種豪情與詩意，也是當今中國正創(chuàng)造的奇跡。中國人對未知的好奇、對探索的渴望、對困境的思考以及對美好未來的期待，推開了一扇扇嶄新世界的大門：空間探測、生物醫(yī)藥、人工智能、量子科學……中國科技創(chuàng)新的步伐從未停止。正如習近平總書記所說，一切偉大成就都是持續(xù)奮斗的結(jié)果，一切偉大事業(yè)都需要在繼往開來中推進。新時代必將是大有可為的時代。

在今年最新發(fā)布的全球超級計算機500強(TOP500)榜單中，中國共有173臺超算上榜，上榜總數(shù)蟬聯(lián)第一。榜單十強中有兩臺來自中國，分別是位列第6的“神威·太湖之光”和第9的“天河二號”。TOP500榜單始于1993年，是對全球已安裝的超級計算機排座次的知名排行榜，每半年發(fā)布一次。一直以來，中美兩國是上榜超算數(shù)量最多的兩個國家，超算500強中有近三分之二來自兩國。

超級計算機一向被稱為國之重器，是世界各國競相角逐的科技制高點，也是一個國家科技實力的重要標志之一。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，中國超級計算機不但實現(xiàn)了單個運算速度領(lǐng)跑全球的突破，而且形成了較強的整體實力，已經(jīng)位列世界前列。

世界上首臺峰值運算性能超過每秒十億億次浮點運算能力的超級計算機——“神威·太湖之光”。（圖源：中國國家網(wǎng)格官網(wǎng)）

中國超算問鼎世界之巔

超級計算，又稱高性能計算，是計算科學的重要前沿分支。超級計算機是能夠執(zhí)行一般個人電腦無法處理的大資料量與高速運算的電腦。其基本組成組件與個人電腦的概念無太大差異，但規(guī)格與性能則強大許多，是一種超大型電子計算機。超級計算機是計算機中功能最強、運算速度最快、存儲容量最大的一類計算機，多用于國家高科技領(lǐng)域和尖端技術(shù)研究。如果把普通計算機的運算速度比做成人的走路速度，那么超級計算機就達到了火箭的速度。在這樣的運算速度下，人們可以通過數(shù)值模擬來預(yù)測和解釋以前無法驗證的自然現(xiàn)象。

1983年12月22日，中國第一臺每秒鐘運算一億次以上的“銀河”巨型計算機，由國防科技大學計算機研究所在長沙研制成功。（圖源：新華社）

中國第一臺超級計算機是國防科學技術(shù)大學于1983年12月研制成功的“銀河-I”，這臺計算機在國防建設(shè)和國民經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮了重要作用，中國也成為繼美國、日本之后，第三個能獨立設(shè)計和制作巨型機的國家。此后中國在超級計算機研制方面捷報頻傳，如國防科大、國家并行計算中心、中科院計算所、聯(lián)想集團等單位相繼推出了“銀河”“天河”“曙光”“深騰”“神威”等一系列國產(chǎn)超級計算機系統(tǒng)；2010年11月，中國千萬億次超級計算機“天河一號”以每秒2570萬億次的實測運算速度，成為當時世界運算最快的超級計算機，同時在世界超級計算機500強排行榜上首次問鼎冠軍；2013至2018年，中國“天河二號”和“神威·太湖之光”超級計算機連續(xù)排位第一名，實現(xiàn)世界超算“十連冠”。

40多年來，中國超級計算機研制從“銀河”實現(xiàn)零的突破，到“天河”連奪世界第一，再到新一代“天河三號”E級原型機研制成功，中國科研人員一棒接著一棒，實現(xiàn)了高性能計算從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的歷史跨越。從全球超級計算機500強榜單來看，來自中國的超級計算機制造廠商份額不斷提升，中美兩國在這一領(lǐng)域你追我趕，數(shù)年內(nèi)幾乎輪流做冠亞軍。截至2020年，中國科技部批準建立的國家級超算中心共有八所，分別位于天津、廣州、深圳、長沙、濟南、無錫、鄭州、昆山。中國超算規(guī)模不斷擴大，超算發(fā)展水平正在加速上升中。

超算能力迅猛增長的背后

“天河二號”超級計算機。（圖源：中國國家網(wǎng)格官網(wǎng)）

中國近些年在研發(fā)超級計算機的過程中取得了非常好的成績。根據(jù)中國計算機學會HPC專業(yè)委員會和中科院計算技術(shù)研究所統(tǒng)計，2002年，中國超級計算機平均性能僅為0.09TFlop/s(每秒浮點運算次數(shù))，到2020年已經(jīng)快速發(fā)展到3842TFlop/s，增加了4萬多倍。根據(jù)最新發(fā)布的2021中國超級計算機性能TOP100榜單，2021年全部上榜的100臺超算系統(tǒng)的平均性能，相比2020年提升達79%。2021年排行第一的超級計算機的性能是2020年的1.34倍，2021年排在榜尾的超級計算機的性能是2020年的1.06倍。

值得關(guān)注的是，中國在超算應(yīng)用也有很大進步。過去十年，中國科學家依托國內(nèi)頂尖超算系統(tǒng)，多次入圍高性能計算應(yīng)用領(lǐng)域的國際最高獎“戈登·貝爾獎”，并在2016年首次摘獎。此后，2017年、2021年再次獲獎(2020年的“戈登·貝爾獎”由中美科學家聯(lián)合團隊摘得，這支8人團隊中有7張中國面孔)。

對于中國超算的迅速增長，發(fā)布全球超算500強榜單的國際TOP500組長曾表示：“隨著多家中國生產(chǎn)商在高性能計算機領(lǐng)域日益活躍，中國企業(yè)作為生產(chǎn)商正在占據(jù)這一領(lǐng)域的更大份額?！泵绹永Ｄ醽喆髮W河邊分校的超級計算實驗室負責人陳子忠認為，這一進步“是中國計算機專家長期努力的結(jié)果，也是中國近年來經(jīng)濟高速發(fā)展的體現(xiàn)。這表明，中國與美國在綜合國力上的差距越來越小”。

超級計算機不是只會“計算”

“神威·太湖之光”超級計算機的交換機網(wǎng)線。（圖源：新華社）

國家超級計算濟南中心副主任潘景山將超算的功能總結(jié)為“三算”：“從算天、算地，再到算人，未來是一切皆可算。”超級計算機的價值，除了對計算機科學本身的貢獻以外，更重要的是在超級計算機的支撐下解決了重大科學與工程應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵問題，促進了相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展，超級計算為解決國家經(jīng)濟建設(shè)、科學進步、國家安全等一系列重大挑戰(zhàn)性問題提供了不可替代的重要手段。

交通工具制造：超級計算機可用來認識和改進汽車、飛機或輪船等交通工具的空氣/流體動力結(jié)構(gòu)、燃料消耗和防撞強度，并幫助減少噪音，提高乘坐者舒適度。

氣候問題：借助超級計算機建模預(yù)測氣候變化，防范和減輕氣候變化帶來的破壞。

生物信息：從基因?qū)W的數(shù)據(jù)密集型研究到細胞網(wǎng)絡(luò)模擬和大規(guī)模系統(tǒng)建模，超級計算機將幫助尋找疾病治療的革命性方法。

地震監(jiān)測：超級計算機對地震的模擬將幫助我們探索地震預(yù)測新方法，通過預(yù)警減少地震人財物傷亡和損失的風險。

地球科學：地球物理學涉及大量數(shù)據(jù)處理和模擬，超級計算機在石油勘測等方面具有潛在和巨大的經(jīng)濟效益。

天體物理：超級計算機模擬是天體物理學的基礎(chǔ)，通過模擬時間進程并加速，可對天體演變進行建模和理論試驗。

公共健康：超級計算機可對影響社會的健康和安全事件進行模擬，為可能發(fā)生的大規(guī)模污染和災(zāi)難等提出應(yīng)對措施和規(guī)劃。

材料科學：基于對物質(zhì)和能量的密集計算模擬，或許能發(fā)現(xiàn)具有很高經(jīng)濟效益的物質(zhì)和反應(yīng)。

人類/組織系統(tǒng)研究：宏觀經(jīng)濟學和社會動力學的研究同樣需要超級計算機，比如對大量人口行為進行模擬。

習近平總書記在中國科學院第十九次院士大會、中國工程院第十四次院士大會的講話中提到，“著力推進面向國家重大需求的戰(zhàn)略高技術(shù)研究，超級計算機連續(xù)10次蟬聯(lián)世界之冠，采用國產(chǎn)芯片的‘神威·太湖之光’獲得高性能計算應(yīng)用最高獎‘戈登·貝爾獎’……”未來，中國超級計算機將會在越來越多的科學研究、積極創(chuàng)新中大顯神威，超算應(yīng)用也將更多地用于解決日常生活中的種種難題，讓更多的人感受和共享中國超算領(lǐng)域發(fā)展的碩果。

(資料來源：中國科學院、中國科學報、新華社、人民日報、科技日報)