超級計算機(jī)是衡量一個國家綜合國力的重要標(biāo)志，更是國家信息化建設(shè)的根本保證。自主可控是指依靠自身研發(fā)設(shè)計，全面掌握核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)從硬件到軟件的自主研發(fā)、生產(chǎn)、升級、維護(hù)的全程可控。推進(jìn)算力產(chǎn)業(yè)自主可控，對于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展、提升國家核心競爭力具有重要意義。
從“受制于人”到“自主可控”
回首上世紀(jì)50年代，由于技術(shù)限制，我國向美國采購的超級計算機(jī)被放在一間玻璃房內(nèi)，機(jī)器由美方人員看管，中國科學(xué)家的計算工作在美方監(jiān)視下上機(jī)操作。超級計算機(jī)的運(yùn)算內(nèi)容、監(jiān)控日志都要受到美方的審查。也就是說，雖然自己花了錢購置了超級計算機(jī)，但使用權(quán)不在自己的手中。
為此，國家十分重視超級計算機(jī)的自主研發(fā)。中國國家層面的超級計算機(jī)自研事業(yè)始于1978年，那一年，鄧小平同志在全國科學(xué)技術(shù)大會上的一句“中國要搞四個現(xiàn)代化，不能沒有巨型機(jī)”，開啟了自研超級計算機(jī)的歷史進(jìn)程。1983年，中國第一臺每秒鐘運(yùn)算一億次以上的“銀河”巨型計算機(jī)研制成功，中國超級計算行業(yè)開始走上了一條趕超之路。
超級計算機(jī)的研制一直受到發(fā)達(dá)國家的限制，自主研發(fā)是中國發(fā)展超級計算機(jī)的必由之路。國家“863計劃”自1987年實(shí)施以來，一直重視超級計算機(jī)的研制，一直持續(xù)支持到現(xiàn)在，使我國超級計算機(jī)的研制與應(yīng)用進(jìn)入國際領(lǐng)先行列。
然而，超算發(fā)展的道路并不是一帆風(fēng)順的。2015年，美國商務(wù)部發(fā)布了一份公告：決定禁止向中國4家國家超級計算機(jī)中心出售超算芯片，這一禁令嚴(yán)重影響了我國超級計算機(jī)的研制。
實(shí)踐反復(fù)告訴我們，關(guān)鍵核心技術(shù)是要不來、買不來、討不來的。只有把關(guān)鍵核心技術(shù)掌握在自己手中，才能從根本上保障國家經(jīng)濟(jì)安全、國防安全和其他安全。要努力實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控，把創(chuàng)新主動權(quán)、發(fā)展主動權(quán)牢牢掌握在自己手中。
2016年，一臺具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的“神威·太湖之光”超級計算機(jī)問世。“自主可控”是“神威·太湖之光”最大的亮點(diǎn)。機(jī)器采用了由中國自主技術(shù)研制的高效能“申威26010”眾核處理器，突破了全系統(tǒng)高密度集成及高速互聯(lián)技術(shù)，是世界首臺峰值運(yùn)算速度超過十億億次、并行規(guī)模超千萬核的劃時代的新型超級計算機(jī)。自系統(tǒng)發(fā)布以來，已連續(xù)四次榮獲世界超級計算機(jī) TOP500榜單第一；基于“神威·太湖之光”系統(tǒng)，兩項(xiàng)應(yīng)用分別于2016年、2017年榮獲高性能計算應(yīng)用領(lǐng)域最高獎——“戈登·貝爾”獎，是中國超級計算應(yīng)用領(lǐng)域近30年來的重大突破。2021年11月，神威超算團(tuán)隊再次憑借“量子計算模擬器”課題斬獲該獎項(xiàng)；2019年9月，國家超級計算無錫中心榮獲“全國愛國主義教育示范基地”稱號。
40多年來，我國超級計算機(jī)經(jīng)歷了從無到有、從跟跑到局部領(lǐng)先、從關(guān)鍵核心技術(shù)引進(jìn)到實(shí)現(xiàn)自主可控的艱難發(fā)展歷程。
從“造好機(jī)器”到“用好機(jī)器”
氣候氣象。氣候預(yù)測一直被認(rèn)為是世界上最復(fù)雜的問題之一。氣象學(xué)的要素千變?nèi)f化，涉及到氣象學(xué)、熱力學(xué)、流體力學(xué)等極其復(fù)雜的方程組，而數(shù)據(jù)則是來自于衛(wèi)星、雷達(dá)、觀測站的實(shí)時監(jiān)測，且不斷更新。海量數(shù)據(jù)，對計算的速度和精度要求特別高。高分辨率的氣候氣象精細(xì)化預(yù)報，超級計算機(jī)功不可沒。國家超級計算無錫中心的氣候氣象團(tuán)隊與國家氣候中心和國家數(shù)值預(yù)報中心合作，開展區(qū)域高分辨率地球系統(tǒng)模式技術(shù)研究與應(yīng)用研究，支持國際氣候與災(zāi)害預(yù)報業(yè)務(wù)，支持環(huán)太湖空氣污染溯源、長三角“雙碳”數(shù)據(jù)分析、太湖藍(lán)藻治理等業(yè)務(wù)；繼續(xù)完善我國新能源數(shù)據(jù)集的更新與完善，為我國新能源的利用、長三角及江蘇省和無錫市節(jié)能減排和新舊動能轉(zhuǎn)化等提供科學(xué)依據(jù)。
先進(jìn)制造。數(shù)字仿真模擬是推進(jìn)先進(jìn)制造的核心基石。受空間、成本等限制，通過傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞開展飛行器設(shè)計已難以滿足需求，而借助“神威·太湖之光”的超強(qiáng)運(yùn)算能力，則能在超算上開展研發(fā)設(shè)計，即在模擬的虛擬空間中試飛，這種模擬可以極大地節(jié)省成本，提高研發(fā)效率。國家超級計算無錫中心先進(jìn)制造團(tuán)隊與國內(nèi)核心研發(fā)團(tuán)隊合作，開展數(shù)字飛機(jī)發(fā)動機(jī)的研制和飛機(jī)發(fā)動機(jī)的模擬工作；與中國船舶科學(xué)研究中心合作，開展數(shù)字水池、數(shù)字船舶等模擬與驗(yàn)證工作,支持太湖實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)等。除了高大上的尖端科技，“神威·太湖之光”還以接地氣的姿態(tài)為產(chǎn)業(yè)賦能，服務(wù)實(shí)體經(jīng)濟(jì)，助力制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級。國家超級計算無錫中心推出了“神工坊”高性能仿真平臺。面向工業(yè)制造領(lǐng)域，提供高保真、高性能的工業(yè)仿真解決方案，并于2022年6月實(shí)現(xiàn)更新升級，新版本具有高效并行、圖形交互、在線協(xié)同、應(yīng)用推廣在內(nèi)的7大優(yōu)勢，自升級以來吸引注冊用戶100余個，累計注冊用戶達(dá)到600余個。
政務(wù)服務(wù)。國家超級計算無錫中心積極支持地方政府推進(jìn)城市精細(xì)化管理等工作，利用資源與人才優(yōu)勢，提供高水平的信息服務(wù)。受無錫市相關(guān)部門委托，承接關(guān)于無錫市特種設(shè)備集成管理平臺的硬件架設(shè)、軟件開發(fā)、核心數(shù)據(jù)庫建立等信息化工作。特別是基于人工智能與大數(shù)據(jù)分析的電梯物聯(lián)網(wǎng)平臺，對電梯的維護(hù)、人員的應(yīng)急等提供支持，對大規(guī)模電梯可進(jìn)行監(jiān)控、管理、分析與故障預(yù)測。
超算互聯(lián)網(wǎng)。也要看到，超算面臨著算力設(shè)施發(fā)布不均衡、超算水平參差不齊、應(yīng)用軟件自主研發(fā)和推廣應(yīng)用不足、持續(xù)運(yùn)營困難等問題和挑戰(zhàn)。借鑒互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)和成功做法，加快建設(shè)國家超算互聯(lián)網(wǎng)，國家超級計算無錫中心從追求性能驅(qū)動向追求應(yīng)用實(shí)效驅(qū)動轉(zhuǎn)變，推動超算邁進(jìn)新階段。超算互聯(lián)網(wǎng)不僅將超級計算機(jī)連接起來，而且將連接超算生態(tài)圈，在超算中心、應(yīng)用軟件商、軟件開發(fā)者、科研機(jī)構(gòu)、各類超算服務(wù)商、超算用戶之間建立連接，連接超算的供需方，打造超算應(yīng)用商城，拓展用戶和應(yīng)用。以互聯(lián)網(wǎng)思維運(yùn)營超算，構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)化的算力運(yùn)營和服務(wù)體系。形成互聯(lián)互通、異構(gòu)融合、應(yīng)用引領(lǐng)、產(chǎn)業(yè)升級、開放合作的超算互聯(lián)網(wǎng)。
運(yùn)維輸出。國家超級計算無錫中心利用自身運(yùn)維技術(shù)的優(yōu)勢，將積累多年的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化成服務(wù)能力，幫助其他地方政府新建超算中心（或智算中心）進(jìn)行運(yùn)維支持，助力實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。在鹽城設(shè)立了國家超級計算無錫中心的首個分中心——鹽城超級計算中心。響應(yīng)國家“東數(shù)西算”工程號召，在2023年初與青海大學(xué)合作共建智能超算中心，建設(shè)“東數(shù)西算”超算互聯(lián)網(wǎng)示范與應(yīng)用平臺，合作開展“東數(shù)西算”計算技術(shù)研究。
夯實(shí)“算力底座”，賦能數(shù)字經(jīng)濟(jì)
超算是科技與企業(yè)創(chuàng)新設(shè)計的必備基礎(chǔ)，是數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心驅(qū)動。未來，國家超級計算無錫中心將繼續(xù)基于神威系列超級計算機(jī)系統(tǒng)，踐行“攀高峰、越高地、沃平原”理念，構(gòu)建全棧式國產(chǎn)高性能計算應(yīng)用生態(tài)。“攀高峰”：基于自主超級計算系統(tǒng)，積極開展超級計算生態(tài)建設(shè)工作，特別開發(fā)大型并行應(yīng)用軟件，研究解決并行應(yīng)用軟件卡脖子問題，實(shí)現(xiàn)大型并行應(yīng)用軟件的國產(chǎn)化替代，支持解決氣象氣候、生命科學(xué)、海洋科學(xué)、材料科學(xué)、天體物理等重大科學(xué)問題。“越高地”：針對國家在裝備研發(fā)方面的戰(zhàn)略布局，建立超級計算應(yīng)用支撐環(huán)境，支持深海空間站、飛機(jī)發(fā)動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、地球模擬器等重大裝備研發(fā)。“沃平原”：以無錫太湖灣科創(chuàng)帶“頭號工程”建設(shè)為契機(jī)，面向地方產(chǎn)業(yè)需求，充分發(fā)揮超算資源對產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新設(shè)計的支持，研發(fā)汽車設(shè)計、電機(jī)設(shè)計、新藥研發(fā)、芯片設(shè)計、材料設(shè)計、城市精細(xì)化管理、智能交通、電梯物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新設(shè)計服務(wù)平臺等，為企業(yè)提供創(chuàng)新動能，為我國基礎(chǔ)研究和地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供超算力量。
（作者為國家超級計算無錫中心主任、清華大學(xué)計算機(jī)系長聘教授）
編輯：李華山
