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第66集 “天河”系列超级计算机(下)

第66集 “天河”系列超级计算机(下) 0:00/0:00
最新发布时间: 2020-02-15   浏览数:
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  在上期节目中,我们了解到什么是超级计算机,以及我国成功研制出的第一台千万亿次超级计算机“天河一号”,并且还在第36届国际超级计算机500强排行榜上取得了排名第一的好成绩。不过,我国的超级计算机研制团队并没有太注重这个排名,因为当外界还在称赞“天河一号”夺得世界第一的时候,“天河二号”的研发工作已经悄然展开。 

  在研发期间,日本一台名为“京”的超级计算机以及美国研制的“红杉”“泰坦”超级计算机先后坐上世界第一的交椅,“天河一号排名逐渐滑落,但这并没有影响到我国科研团队对“天河二号”的研发进程,反而更加激励他们的斗志,加快研发的速度。 

  今天,我们就去回顾“天河二号”的诞生与应用,倾听它的诞生故事。 

  2013年6月,经过280多名科研人员长达2年多的潜心研发,“天河二号”超级计算机是在中国人民解放军国防科技大学研制成功的,在当时很快夺回超级计算机冠军的宝座,此后连续6次位居世界超算500强榜首,获得“六连冠”殊荣。这也是世界超算史上第一台实现六连冠的超级计算机,创造了世界超算史上连续第一的新纪录。 

  根据毕业于中国人民解放军国防科技大学的学生回忆,当时上学期间,最烦的和最骄傲的事情就是学校停电!因为学校里的那个“庞然大物”一旦全速运转,全校就会停电,无论是在看电视,还是在学习,都需要接受这一事实,就连校长也不例外! 

  其实,学生口中的那个“庞然大物”就是“天河二号”,由于它的运行需要足够多的电能,进而导致学校时不时的就会停电。要知道,长沙夏天的温度可以达到40多摄氏度,没有空调、没有电风扇是挺让人烦心的,但他们同样感到自豪,毕竟“天河二号”的研发成功不仅是国防科技大学的骄傲,也是我国科技事业的骄傲。 

  如今,国防科技大学的新生们再也体会不到这种“停电”带来的骄傲了,因为“天河二号”已经从长沙的国防科技大学搬迁到广州超级计算中心。而且随着专线电源的提供,未来天河系列超级计算机的研发应该也不会让全校师生们忍受长沙的酷暑了。 

  除了对电力供应有要求外,“天河二号”对自身所处的环境也有相当高的标准。由于它是一台非常精密的仪器设备,所以体温要控制在约18摄氏度房间温度要保持在21摄氏度左右,相对湿度在45%左右,这些条件也就使得“天河二号”需要在一个恒温恒湿的环境里生活。为了节能环保,计算机组采用的是“风冷+水冷”的制冷模式每一个机柜都有着自己的冷却系统,里面流动着冷冻水对设备进行冷却散热只有这样,才能让“天河二号”更好发挥超强的计算能力。同时,支撑它正常运行的配套设施占地16000多平方米,有高低压配电房、冷却设备用房及附属用房等。 

  在“天河二号”一排排高大的黑色机柜里,一共装有32000颗主CPU和48000个协处理器,拥有300多万个计算核心,也正是这些数量庞大的计算核心才使得“天河二号”的运算速度非常惊人。据测算,“天河二号”的峰值计算速度可以达到每秒5.49亿亿次,持续计算时的速度更是达到了每秒3.39亿亿次。 

  对于“天河二号”的运算速度,可以做一个简单对比,如果每人每秒钟能够进行一次运算,“天河二号”运算一小时,相当于13亿人同时用计算器算上1000年。而且,随着“天河二号”的不断改进创新,它的计算能力已经可以达到“天河一号”超级计算机的200倍,计算密度、单块计算芯片计算能力、内部数据通信速率等也极大提升。 

  虽然“天河二号”的研制很成功,但当时社会上还是会有一些质疑的声音。因为在很多人的潜意识里,超级计算机的基本组成组件与个人电脑的概念并没有太大差异,所以很多人就会误以为超级计算机就是简单的CPU叠加,国家没有必要投入大笔经费研制超级计算机,也就对研制超级计算机的意义产生怀疑。 

  这里有一个认识误区。打个比方如果人们用普通的网线把1000台个人电脑连接在一起,可能会消耗1万度电,需要10天才能把数据算出来;但是用真正的超级计算机,可能只用5度电,花了两天就可以算出来了。由此可知,超级计算机并没有人们想象的那么简单。 

  其实,与之类似的质疑在研制“天河一号”的时候就出现过,但在科技工作者的心中,科技创新一直以来都是人类不断向前发展的驱动力,没有科技创新与进步,社会就会难以向前发展。因此,科技工作者始终在用实际行动回应质疑,努力提升人们的生活水平。 

  就拿天气预报来说,气象部门只需要把卫星、观察站等收集的风速、温度等数据传到“天河二号”,进行相关的计算处理,就能预测天气了。 

  我国广州市精细化天气预报之所以能达到国内领先水平,就是因为有“天河二号”的支持。早在2017年的时候,“天河二号”就正式完成升级,广州市气象局利用天河二号的区域精细数值天气预报模式的分辨率,也从3公里”的精度提升到 1公里,实现每 12 分钟滚动预报未来 6 小时天气。 

  “天河二号”的应用可不仅仅在天气预报方面。据专家介绍,用传统手段研发新车,一般要经过上百次碰撞实验、历时两年多才能完成,而利用“天河二号”进行模拟,只需要3到5次实车碰撞实验,两个月的时间,新车就可以测试完成 

  此外,“天河二号”还可以应用到生物医药、工业设计制造、智慧城市等多个方面。 

  21世纪是生物科学快速时代也是超级计算机大显身手的时代。在这里,科学家可以借助“天河二号”强大的计算能力和完善的技术支持帮助人们分析和处理生命科学中的海量数据,加快我国生命科学的研究进展,多角度和更系统地解决生命科学中的各种问题,研究不同空间尺度和时间尺度上生命活动与环境的相互关系,从而揭示生命现象的规律和本质,助力人类寻找治疗各种疑难杂症的革命性方法 

  对于工业设计制造来说,工业的迅速发展带动着最根本的制造技术变革。物联网、增材制造和机器学习等趋势正在物理世界与数字世界融合,工业产品变得更加智能化和互联网化。这些变化的产生首先需要的条件就是工程师在设计周期中更早地执行模拟仿真,能够通过数字探索更快地研究更大的设计空间,这一切工作都可以在超级计算机的帮助下进行完成,从而节省更多时间和成本。 

  工业产品智能化和互联网化的产生,进一步促进了智慧城市的发展,同时也有利于解决城市化发展中的一系列“城市病”问题。科学家们结合“天河二号”云平台的应用,为智慧城市建立坚实、先进的基石,有望提高政府公共服务水平,改善居民生活。毕竟,智慧城市的建设离不开物联网、云计算等新兴信息技术,它们也正以其独有的渗透性、冲击性、倍增性和创新性席卷全球,推动着以智能、绿色和可持续发展为特征的新一轮科技革命和产业革命的来临。 

  听过“天河二号”的发展和应用之后,相信很多听众朋友对它都有了一定的了解,但需要注意的是,相比于超级计算机硬件的快速发展,全世界更看重的超算应用领域的研究。虽然我国已经可以在很多方面应用超算技术,但超算软件的研发却十分薄弱,因此中国在超级计算这条道路上,不仅仅需要在硬件上争取自主知识产权,也要努力在软件上开辟出一条属于我国自己的道路。 


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