中國已經(jīng)躋身“超算大國”行列。然而，中國離“超算強(qiáng)國”的目標(biāo)卻有差距。我國超算產(chǎn)業(yè)暴露出明顯的應(yīng)用瓶頸，存在重技術(shù)、輕應(yīng)用，重硬件、輕軟件等問題，其根源在于我國缺乏完善的超速應(yīng)用生態(tài)軟環(huán)境，具體表現(xiàn)在人才儲(chǔ)備、應(yīng)用意識(shí)、政策導(dǎo)向等方面。

目前，我國超算投資僅有10%的資金用于應(yīng)用軟件的開發(fā)和優(yōu)化，而美國的這一比例已經(jīng)超過50%。應(yīng)用瓶頸的存在不僅會(huì)導(dǎo)致超級(jí)計(jì)算機(jī)資源無法充分應(yīng)用到社會(huì)、科研及生產(chǎn)中，也會(huì)反過來限制其自身的發(fā)展。

中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)高性能計(jì)算專業(yè)委員會(huì)秘書長(zhǎng)、中科院計(jì)算所張?jiān)迫芯繂T在接受《中國經(jīng)濟(jì)和信息化》記者專訪時(shí)表示：“國家已經(jīng)意識(shí)到長(zhǎng)期忽視對(duì)應(yīng)用軟件的投入開始影響超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用推廣和后續(xù)研發(fā)，必須平衡投入的重要性，但另一方面國家對(duì)超算應(yīng)用軟件研發(fā)投入的決心仍顯不足，國家應(yīng)該成立專門的國家級(jí)超算應(yīng)用軟件工程中心統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)全國超算應(yīng)用軟件的研制和推廣工作。”

CEI: 中國超級(jí)計(jì)算機(jī)在應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展演變史是怎樣的?

張?jiān)迫簯?zhàn)爭(zhēng)的需要造就了超級(jí)計(jì)算機(jī)(下稱超算)最早的用戶。早期的計(jì)算機(jī)主要被用于軍事用途。二戰(zhàn)時(shí)期德國潛艇的狼群戰(zhàn)術(shù)就是通過計(jì)算機(jī)對(duì)密碼的成功破譯被瓦解的，而超算在美國研制原子彈的曼哈頓計(jì)劃中應(yīng)用的也非常成功。中國最早的超算也是被用于類似的用途。上世紀(jì)80年代以后，PC機(jī)開始出現(xiàn)和普及，除了科學(xué)和軍事用途之外，超算開始有了其他的應(yīng)用。但是由于當(dāng)時(shí)MPP超算的成本很貴，所以主要還是應(yīng)用在氣象、石油等需求比較明確和成熟的行業(yè)。直至上世紀(jì)90年代中期左右，隨著機(jī)群的出現(xiàn)和普及，超算成本開始大幅度下降，超算的應(yīng)用開始百花齊放起來，廣泛分布在氣候氣象、地球物理、計(jì)算化學(xué)、藥物設(shè)計(jì)、動(dòng)漫、生物信息學(xué)、天體物理、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、在線游戲等領(lǐng)域?，F(xiàn)在，超算仍以機(jī)群體系架構(gòu)為主，但是其功耗問題逐漸顯現(xiàn)出來，為了控制功耗，超算科學(xué)家和工程師開始在原有的超算體系架構(gòu)上添加“異構(gòu)加速部件”，比如和MIC等進(jìn)一步提升性能。2009年之后，超算開始出現(xiàn)異構(gòu)集群的新趨勢(shì)，但這也意味著其硬件越來越復(fù)雜，并行編程越來越復(fù)雜，而應(yīng)用開發(fā)也越來越難。

CEI:與國外相比，我們?cè)诔愕膽?yīng)用上有哪些差距?

張?jiān)迫?002年我們剛發(fā)布第一期中國高性能計(jì)算機(jī)TOP100排行榜的時(shí)候，我國超算能力排名100臺(tái)超算的平均性能與國外前500臺(tái)的平均性能差距是3-5年左右，后來很快縮短為2-3年，直至去年我國超算的平均性能已經(jīng)超過世界平均水平，這說明我國超算平臺(tái)系統(tǒng)的發(fā)展態(tài)勢(shì)良好且研制水平已經(jīng)步入國際領(lǐng)先水平。

我國超算取得這樣的成績(jī)，意味著中國超算整體水平提升，在國際舞臺(tái)上的發(fā)言權(quán)也隨之提升，合作和交流機(jī)會(huì)也越來越多，對(duì)于提升國內(nèi)科研水平、培養(yǎng)科研隊(duì)伍，包括參與國際高水平會(huì)議研討和對(duì)話，增進(jìn)國際合作都有很好的幫助，我們科研工作者在高水平國際會(huì)議上對(duì)這一點(diǎn)有很強(qiáng)烈的感受。

奪取超算TOP 500排行榜冠軍不僅僅是個(gè)排名問題，而是關(guān)系到整個(gè)國家從事超算研究的科研人員在國際上的地位和話語權(quán)問題，所以還是不能忽視排行榜的重要性，我們不鼓勵(lì)去刻意追求，但是要在戰(zhàn)略上重視。

2011年，日本的京速機(jī)奪走“天河一號(hào)A”TOP500冠軍位置的時(shí)候，日本國內(nèi)去了80多個(gè)參會(huì)代表，西裝革履拿著錄像機(jī)進(jìn)入會(huì)場(chǎng)，我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)感受到了國與國之間在高技術(shù)領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)的殘酷和無情，更強(qiáng)烈地感覺到日本對(duì)超算的重視程度并不像他們表面上所表現(xiàn)出來的平靜。美國其實(shí)更重視超算的排名，一旦失去第一的位置，就會(huì)加大對(duì)超算的科研投入，制定中長(zhǎng)期研制計(jì)劃，確保能夠盡快把第一名的位置奪回來。

不過，雖然我國超算硬件平臺(tái)的研制水平很強(qiáng)，但是我們的超算應(yīng)用水平確實(shí)落后國際水平比較多。當(dāng)然超算軟件的研制落后于超算硬件的發(fā)展速度也不僅是我們國家存在，美國也是一樣。在美國，超級(jí)計(jì)算機(jī)的使用年限大概為3-5年，我國的使用年限約為5-8年，有的使用年限甚至能達(dá)到10年。而假如超算應(yīng)用軟件研制成功的話，其使用年限至少是10-20年，當(dāng)然使用的過程中軟件還得不斷改進(jìn)。美國甚至認(rèn)為超級(jí)計(jì)算成功的關(guān)鍵是物理建模+計(jì)算方法+并行軟件，缺一不可。

超級(jí)計(jì)算最大的投資應(yīng)該在應(yīng)用軟件，最大的困難也在應(yīng)用軟件。以前美國投資超算硬件的力度也比應(yīng)用軟件大，但現(xiàn)在美國對(duì)應(yīng)用軟件的投資達(dá)到50%以上，超算硬件投資只占不到40%。

過去，我們國家長(zhǎng)期忽視對(duì)超算應(yīng)用軟件的開發(fā)，一直把應(yīng)用軟件當(dāng)做是超算硬件平臺(tái)的配套來研制。往往等超算硬件平臺(tái)研制成功之后，才撥付一小筆經(jīng)費(fèi)為其研制配套的應(yīng)用軟件，對(duì)機(jī)器進(jìn)行測(cè)試和評(píng)價(jià)，而不是像美國等發(fā)達(dá)國家一樣在開始部署超算研制項(xiàng)目時(shí)，同時(shí)部署超算硬件平臺(tái)和應(yīng)用軟件的研制任務(wù)，等到超算硬件平臺(tái)投入使用時(shí)，超算應(yīng)用軟件也同時(shí)可以上線運(yùn)行，大大提高了生產(chǎn)效率和利用率。

CEI：有觀點(diǎn)認(rèn)為受限于軟件開發(fā)和應(yīng)用支持，設(shè)備運(yùn)行時(shí)資源利用率低下，是當(dāng)前應(yīng)用瓶頸的核心所在。你認(rèn)同嗎?

張?jiān)迫哼@有客觀和主觀原因。像一些軍事、氣象等成熟的行業(yè)，軟件和硬件是同步發(fā)展，但是現(xiàn)在很多超算中心的硬件能力很強(qiáng)，應(yīng)用又跟不上計(jì)算能力，需要有一段時(shí)間推動(dòng)應(yīng)用跟上計(jì)算能力的發(fā)展。所以會(huì)出現(xiàn)你說的現(xiàn)象。

因此，我們不能單純說應(yīng)用不行，這需要一個(gè)發(fā)展過程。我國過去是超算應(yīng)用需求牽引超算硬件發(fā)展的模式，現(xiàn)在變成了超算硬件的發(fā)展超前超算應(yīng)用需求的發(fā)展模式，計(jì)算能力開始驅(qū)動(dòng)應(yīng)用需求的發(fā)展，應(yīng)用自然會(huì)顯得滯后。今后兩種發(fā)展模式會(huì)不斷出現(xiàn)交替的情況。

CEI: 現(xiàn)在一些超算被用在政府電子網(wǎng)站建設(shè)中，有觀點(diǎn)認(rèn)為這是一種超算“物非所用”的現(xiàn)象，你怎么看?你認(rèn)為中國超算在應(yīng)用領(lǐng)域有哪些發(fā)展隱患?

張?jiān)迫哼@其實(shí)是一種誤解。超算應(yīng)用在電子政務(wù)網(wǎng)站的運(yùn)行并不算是物非所用，不過是一種不同的應(yīng)用形式而已。廣義的超算可以分為兩種，一種用于科學(xué)計(jì)算，一種用于互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

過去的超算中心是行業(yè)內(nèi)專用的計(jì)算中心，僅僅用在有限的幾個(gè)比較成熟的科學(xué)計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域，而現(xiàn)代意義上的超算中心成為一個(gè)綜合的計(jì)算能力服務(wù)機(jī)構(gòu)，面向各行各業(yè)提供計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力的服務(wù)包括政府的電子政務(wù)。超級(jí)計(jì)算機(jī)在提供這類互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的時(shí)候，往往采取云計(jì)算的形式提供服務(wù)。實(shí)際上，云計(jì)算也是一種松散耦合的結(jié)合了虛擬化技術(shù)的超級(jí)計(jì)算。[!--empirenews.page--]

實(shí)際上，超算中心服務(wù)于政府的電子政務(wù)不但不浪費(fèi)資源，反而會(huì)節(jié)約政府預(yù)算和提高資源的利用率。試想如果政府的每個(gè)部門還像過去一樣分散地采購服務(wù)器，搭建自己的信息化服務(wù)平臺(tái)，部門間很容易形成信息孤島，造成資源的重復(fù)投入和浪費(fèi)，通過集中起來采購建設(shè)統(tǒng)一的超算中心并以云計(jì)算的形式為各部門服務(wù)，既節(jié)約了經(jīng)費(fèi)投入，又提高了資源的利用率。為此，目前中國的不少超算中心，往往會(huì)通過將超算系統(tǒng)劃分成傳統(tǒng)的科學(xué)計(jì)算分區(qū)和云計(jì)算分區(qū)兩個(gè)分區(qū)提供不同類型的服務(wù)以提高超算資源的利用率。

CEI：應(yīng)用瓶頸是一個(gè)過程問題，真正把大超算做成一個(gè)生產(chǎn)工具，國內(nèi)還差得比較遠(yuǎn)。如何盡快實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)?

張?jiān)迫哼^去，超算是戰(zhàn)略性行業(yè)，冷門行業(yè)，人才容易流失且比較匱乏?，F(xiàn)在，由于各地方政府都在建超算中心，對(duì)人才的需求開始逐漸增加。在美國，一個(gè)很普通的高校也有超算中心，美國建設(shè)中小規(guī)模超算中心的目的，一個(gè)是滿足本地的應(yīng)用需求;另一個(gè)是通過小的超算中心作為培養(yǎng)應(yīng)用人才的基地。通過把大中小超算中心合理布局和建設(shè)，形成一個(gè)超算應(yīng)用的生態(tài)系統(tǒng)，才有利于超算的長(zhǎng)期健康發(fā)展。

目前，國家對(duì)超算應(yīng)用軟件研發(fā)投入的決心仍然不足，投資力度還是不夠。因此，建議繼續(xù)加大對(duì)7個(gè)已經(jīng)成立的國家超級(jí)計(jì)算中心的研發(fā)及應(yīng)用投入，持續(xù)加大對(duì)計(jì)算科學(xué)軟硬件研究開發(fā)平臺(tái)特別是軟件的協(xié)調(diào)支持力度，維持目前穩(wěn)定持續(xù)的發(fā)展勢(shì)頭。

其次，科研人員需要靜下心來花費(fèi)更多的精力開發(fā)國產(chǎn)超算應(yīng)用軟件，不能搞短、平、快。因?yàn)閼?yīng)用軟件研制的難度非常大，建議國家制定20-30年的中長(zhǎng)期規(guī)劃。

國家應(yīng)該在中央網(wǎng)絡(luò)安全和信息化領(lǐng)導(dǎo)小組下面成立專門的類似美國總統(tǒng)信息技術(shù)顧問委員會(huì)這類的專家委員會(huì)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)超算系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的發(fā)展;成立國家級(jí)超算應(yīng)用軟件研發(fā)工程中心，專門研制各行各業(yè)應(yīng)用軟件，而不僅僅只是通過小實(shí)驗(yàn)室的小課題進(jìn)行斷斷續(xù)續(xù)的研制。