【IT168 評論】天河二號在超算領(lǐng)域是一個(gè)非常響亮的名字。相比于前輩天河一號和天河一號A來說，天河二號已經(jīng)連續(xù)兩屆獲得TOP500超級計(jì)算機(jī)排名的冠軍，而在落戶廣州之后它的應(yīng)用也在逐漸展開。不過因?yàn)閼?yīng)用與安全的關(guān)系，天河二號一直處于“猶抱琵琶半遮面”的狀態(tài)，很少有媒體能夠?qū)ζ鋺?yīng)用環(huán)境與應(yīng)用軟件進(jìn)行詳細(xì)的解讀。近日，2014年ASC世界大學(xué)生超級計(jì)算機(jī)競賽總決賽在廣州中山大學(xué)展開，我們也有機(jī)會(huì)近距離接觸到了位于國家超級計(jì)算廣州中心(中山大學(xué)東校區(qū)內(nèi))的天河二號超級計(jì)算機(jī)。更幸運(yùn)的是，我有機(jī)會(huì)對國家超級計(jì)算廣州中心(以下簡稱廣州超算中心)主任袁學(xué)鋒教授進(jìn)行了長達(dá)2個(gè)小時(shí)的專訪，從而揭開了天河二號神秘的面紗。

　　天河二號的現(xiàn)實(shí)意義與應(yīng)用方向

　　據(jù)了解，天河二號的總造價(jià)成本高達(dá)18億元人民幣，這筆資金來自包括廣東省和廣州市在內(nèi)的國家部委和地區(qū)支持。有了世界一流的硬件設(shè)置，如何將這些硬件設(shè)備應(yīng)用好，使它切實(shí)為用戶服務(wù)就成為了廣州超算中心首要考慮的問題。目前，廣州超算中心的核心目標(biāo)是要建成集高性能計(jì)算、海量信息存儲和處理服務(wù)能力為一體的世界一流的數(shù)據(jù)中心。廣州超算中心的宗旨是立足廣州、面向全國、向世界開放計(jì)算資源。
　　在談到目前天河二號的應(yīng)用案例時(shí)，袁學(xué)鋒主任重點(diǎn)談到了以下4個(gè)方面：
　　1、數(shù)字執(zhí)照——目前世界上都在醞釀著所謂的第三次產(chǎn)業(yè)革命，其核心的內(nèi)容就是如何把信息技術(shù)向制造業(yè)、實(shí)體經(jīng)濟(jì)輻射。所以如何將信息技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，是廣州超算中心在應(yīng)用方面的核心內(nèi)容，而且是衡量一個(gè)國家創(chuàng)新型經(jīng)濟(jì)競爭能力的核心內(nèi)容。
　　2、地球和諧環(huán)境工程——這里包括了地球生物、地殼運(yùn)動(dòng)、地表、海洋、大氣和天文，為這些應(yīng)用和科學(xué)研究提供平臺。
　　3、材料科學(xué)與工程平臺——以當(dāng)下熱門的3D打印為例，就是通過材料實(shí)現(xiàn)了對于制造業(yè)的顛覆性創(chuàng)新，從這一點(diǎn)來說廣州超算中心可以提供在材料和制造方面的高性能計(jì)算能力。
　　4、醫(yī)藥和個(gè)性化醫(yī)療平臺——目前廣州超算中心已經(jīng)與世界領(lǐng)先的基因公司華大基因展開基于基因科學(xué)的合作內(nèi)容，將醫(yī)療與基因工程集成化、個(gè)性化，這其中牽扯大數(shù)據(jù)、高性能計(jì)算的東西，還有云計(jì)算技術(shù)等多項(xiàng)內(nèi)容，廣州超算中心則負(fù)責(zé)所有數(shù)據(jù)的匯總與分析。
　　除了上述4點(diǎn)之外，廣州超算中心還負(fù)責(zé)廣東省的政務(wù)云系統(tǒng)，包括電子政務(wù)、電子教育、電子醫(yī)療、電子環(huán)境、電子災(zāi)害預(yù)報(bào)等內(nèi)容都將在天河二號上實(shí)現(xiàn)。不過袁學(xué)鋒主任也表示，這只是天河二號所承擔(dān)的非常小的業(yè)務(wù)內(nèi)容，這部分業(yè)務(wù)在天河二號目前的應(yīng)用占比中不到10%。

　　天河二號系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)商業(yè)化

　　無論是中國還是歐美、日本這樣的超算大國，在超算中心商業(yè)化的問題上都遇到了困難，幾乎所有的超算中心都需要政府的財(cái)政支持。對于天河二號這樣龐大的系統(tǒng)來說，如何實(shí)現(xiàn)這商業(yè)化的盈利也成為了我們非常關(guān)心的問題。
　　袁學(xué)鋒主任在回答問題之前，首先肯定了廣州超算中心是一家公益性事業(yè)單位，正是這樣獨(dú)特的屬性也決定了廣州超算中心與眾不同的發(fā)展路線。他表示，廣州超算中心一個(gè)很重要的使命，是要在科技體制創(chuàng)新過程中，擔(dān)當(dāng)試驗(yàn)田。一方面，廣州超算中心作為國家級的超算中心，會(huì)有政府的財(cái)政支持，但是這不足以從根本上解決超算中心的經(jīng)濟(jì)來源問題，甚至可以說是杯水車薪。因此，超算中心只能從自身實(shí)際出發(fā)，探索獨(dú)特的發(fā)現(xiàn)路線。
　　在談到商業(yè)化的方式時(shí)，袁學(xué)鋒主任表示超算中心將會(huì)從3個(gè)方面著手：
　　1、廣州超算中心負(fù)責(zé)廣東省的電子政務(wù)內(nèi)容，這部分收入較為穩(wěn)定，不過只占到超算中心成本的10%。
　　2、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的擴(kuò)大與發(fā)展——廣州超算中心的主要任務(wù)是促進(jìn)高性能計(jì)算的發(fā)展和應(yīng)用的普及，作為提供計(jì)算的平臺，超算中心不能有過高的收費(fèi)，否則將會(huì)阻礙平臺上企業(yè)的發(fā)展。因此，廣州超算中心在這一方面投入了20%的資源，其目的就是鼓勵(lì)更多的創(chuàng)業(yè)者和中小企業(yè)能夠加入超算的平臺。
　　3、完全的市場化運(yùn)作——除上面2個(gè)方面之外，大約有70%的資源都會(huì)應(yīng)用在這個(gè)方向，這也是廣州超算中心的主要盈利點(diǎn)。正如之前介紹的那樣，廣州超算中心不以盈利為目標(biāo)，通過吸納眾多的中小客戶加入，讓這些客戶在超算平臺上成長壯大，形成產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化，進(jìn)而成為超算中心的的主要增長點(diǎn)。

　　天河二號為什么會(huì)選擇Intel Xeon Phi?

　　NVIDIA在2007年正式發(fā)布了CUDA架構(gòu)，時(shí)至今日CUDA已經(jīng)成為許多超算從業(yè)者的必修課程;隨著NVIDIA在GeForce、Tegra等家用和手持設(shè)備上對于CUDA的支持，學(xué)習(xí)CUDA編程已經(jīng)是輕而易舉的事情，這也使GPU計(jì)算成為了高性能計(jì)算中最重要的異構(gòu)計(jì)算模式。不過在天河二號中，卻并沒有使用GPU計(jì)算，轉(zhuǎn)而選擇了英特爾提供的Xeon Phi解決方案。
　　相比GPU加速方案來說，英特爾的Xeon Phi解決方案正式發(fā)布只有一年多的時(shí)間，在應(yīng)用范圍和生態(tài)系統(tǒng)方面還落后于GPU計(jì)算，那么為什么天河二號會(huì)采用這樣的加速方案呢?袁學(xué)鋒主任解釋說——Xeon Phi最大的優(yōu)勢就是在于架構(gòu)方面，因?yàn)閄eon Phi與x86處理器在架構(gòu)上是一致的，因此原有的運(yùn)行的x86處理器上的代碼可以不加修改就應(yīng)用在Xeon Phi上，這相比需要使用CUDA編程才能運(yùn)行的GPU加速方案來說在應(yīng)用上會(huì)更為方便。
　　不過袁學(xué)鋒主任同時(shí)也表示，Xeon Phi僅僅是在上手的時(shí)候更快一些，如果需要真正實(shí)現(xiàn)硬件的充分運(yùn)行甚至達(dá)到峰值性能，還需要在代碼上進(jìn)行大量的優(yōu)化。而這個(gè)工作是非常繁重而辛苦的，相比CUDA優(yōu)化來說，Xeon Phi的架構(gòu)在這里并沒有起到優(yōu)勢——如果想真正的用好超級計(jì)算機(jī)，無論是Xeon Phi還是Tesla都需要大量的優(yōu)化，這一點(diǎn)誰也回避不了，想要實(shí)現(xiàn)Xeon Phi的充分運(yùn)行，所花費(fèi)的精力不會(huì)比在GPU上更少。雖然當(dāng)下看來，CUDA良好的普及程度和廣泛的用戶群依然對于Xeon Phi形成了優(yōu)勢;而從未來的發(fā)展來說，Xeon Phi的生態(tài)系統(tǒng)也將進(jìn)一步完善。“或許過4、5年之后，再看這個(gè)問題就完全不一樣了”。

　　天河二號每核心時(shí)成本只要1毛5

　　作為龐大的超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，除了建設(shè)的巨額投資之外，日常的維護(hù)費(fèi)用也必然是天文數(shù)字。袁學(xué)鋒主任曾這樣描繪天河二號系統(tǒng)滿載下的24小時(shí)耗電量——每天一臺奧迪汽車。據(jù)統(tǒng)計(jì)，包括供電、散熱、網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)維等成本在內(nèi)，天河二號系統(tǒng)滿載的每天耗費(fèi)是40萬人民幣，不過目前系統(tǒng)的負(fù)載率只有50%左右，所以耗費(fèi)也相應(yīng)降低。
　　談到成本問額，袁學(xué)鋒主任表示如果能夠在天河二號上實(shí)現(xiàn)每核心時(shí)0.15元人民幣(1毛5分錢)的收入，就可以實(shí)現(xiàn)收支平衡。乍一聽起來這金額并不夸張，但是考慮到天河二號312萬個(gè)計(jì)算核心來說，這個(gè)數(shù)字就相當(dāng)驚人了。不過目前世界范圍內(nèi)的超算中心負(fù)載程度都不高，如果能夠達(dá)到50-60%的負(fù)載率就可以實(shí)現(xiàn)盈利，超過70%的負(fù)載率就需要升級系統(tǒng)了，否則就會(huì)影響到運(yùn)算效率。
　　作為面向全社會(huì)開放的超級計(jì)算資源，天河二號也計(jì)劃在2個(gè)月后正式面向普通市民開放。市民可以通過提交申請表和計(jì)算課題，在審核通過后就可以免費(fèi)試用天河二號10萬核心時(shí)的資源。袁學(xué)鋒主任認(rèn)為通過這種方式可以讓大家更近距離的接觸超級計(jì)算機(jī)，接觸高性能計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)對于整個(gè)產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)作用。與此同時(shí)，當(dāng)廣州超算中心的二層（天河二號所在的樓層）正式建設(shè)完畢后，也將向社會(huì)開放參觀，希望將超算中心打造成青少年科普基地。

　　天河二號的已運(yùn)行國產(chǎn)大飛機(jī)應(yīng)用

　　面對如此龐大的超級計(jì)算機(jī)，供電和散熱都是首先需要考慮的問題，而且還必須考慮到周邊環(huán)境的安全。袁學(xué)鋒主任透露，目前天河二號使用了3條供電線路，而散熱系統(tǒng)使用的是水冷和風(fēng)冷并行的方式。面對如此龐大的系統(tǒng)和如此巨大的日常消耗，天河二號究竟在實(shí)現(xiàn)哪些計(jì)算呢?袁學(xué)鋒主任重點(diǎn)談到了以下3大應(yīng)用：
　　1、國產(chǎn)飛機(jī)——中國商飛(中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司)已經(jīng)在天河二號上實(shí)現(xiàn)了C919的運(yùn)行模擬，這是一款與波音737類似的中型客機(jī)。
　　2、氣候模擬——包括國際范圍內(nèi)的大氣模擬和高鐵相關(guān)的隧道氣流模擬應(yīng)用。
　　3、生育模擬——蛋白氨基酸的模擬與鈣離子通道模擬。
　　袁學(xué)鋒主任表示，除了這些商業(yè)化的應(yīng)用之外，國家863課題組也將在天河二號上進(jìn)行大量項(xiàng)目的模擬計(jì)算工作，未來天河二號的二期工程也將啟動(dòng)。

　　后記：

　　天河二號是當(dāng)下世界上運(yùn)行速度最快的超級計(jì)算機(jī)，在本次采訪中我們了解到了之前未曾披露的諸多細(xì)節(jié)，特別是天河二號上大量應(yīng)用的出現(xiàn)說明我國在高性能計(jì)算的軟件應(yīng)用領(lǐng)域也開始進(jìn)入高速增長的態(tài)勢。袁學(xué)鋒主任對于天河二號充滿了熱情與期待，在采訪的最后，他說——“沖擊TOP500的第一名不是我們的目的，當(dāng)然能夠獲得更好。但是對我來說在我看來，包括整個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對排名看得不是很重要，看重的還是應(yīng)用問題。外國人老說我們的Linpack第一，應(yīng)用好像我們無聲無息，這個(gè)對我們壓力比較大。我們很大的任務(wù)是要一定證明，我們做應(yīng)用也可以”。