中外专家武汉对话 共论E级超算挑战

ZD至顶网服务器频道 04月25日 新闻消息： 4月21日，第12届中外超算高峰论坛（HPC Connection Workshop）在华中科技大学举行。来自美国田纳西大学、佛罗里达大学、新加坡A*STAR超算中心、中国中山大学、国家超算广州中心、华中科技大学、北京应用物理与计算数学研究所等单位的多位国内外顶尖超算专家围绕“超级计算的挑战和机遇”这一主题，共同探讨超算当下面临的诸多挑战、机遇以及未来发展趋势。这是2016 ASC世界大学生超算竞赛（ASC16）总决赛期间举行的高端学术活动。

E级超算需要架构创新

作为TOP500的发起人，美国橡树岭国家实验室及田纳西大学教授杰克·唐加拉（Jack Dongarra）现场分享了全球最快超计算机排行榜TOP500的发展趋势。他指出，目前TOP500中已经有81套超级计算机突破千万亿次，有104套超级计算机使用了异构加速技术，大约50%的超级计算机应用于工业领域，并且有多个国家和地区提出了百亿亿次超级计算机的建造计划。而在超算系统的分布上，美国、中国、日本分别以201套、109套和38套占据前三位。

唐加拉教授还回顾了Top500榜单24年来的发展进程，TOP500的总计算力从1.17TFlops/s增加至420PFlops/s，排名第一的超算计算机计算速度从59.7GFlops/s发展到33.9PFlops/s。

TOP500的发起人，美国橡树岭国家实验室及田纳西大学教授Jack Dongarra

虽然超级计算机在过去20多年取得了快速发展，但唐加拉也表示，随着计算机技术的进步，作为TOP500排名依据的LINPACK测试如今也暴露出一些问题，如与实际应用的关联已不紧密，只能反映出异构系统大约1/2或2/3的峰值，对架构创新的激励作用日益降低，系统整体可用性越来越不可测，被当作市场营销的工具，资源浪费日益增高等等。他认为，HPCG作为一种更加贴近实际应用的基准测试，应该得到更多国家和用户的重视。

在对于业界关注的百亿亿次超级计算机及E级超算的建造问题上，唐加拉以一个生动的例子指出构建百亿亿次超算系统需要全新的方法和技术。他指出如果采用目前榜单的技术构建的E级超算能耗将高达534MW，拥有4亿线程，造价高达150亿美元，这是没有任何一个国家和机构能够使用的如此昂贵、复杂的设备。因此，E级超级计算机需要从同步还原算法、通讯还原算法、混合精度方法、自动调整、故障恢复、结果再现性等方面入手，将每瓦特性能从现在的3GFlops提高到50GFlops，将并行计算能力提高5~50倍、节点通讯速率提高40倍、总体并行效率提升100倍，才能实现造价2亿美元、能耗仅为20MW的“合格”百亿亿次超级计算机。

中国布局E级超算研究

北京航空航天大学及中山大学教授钱德沛首先介绍了“十二五”期间HPC三大关键项目的进展：建成了天河二号和神威两套世界级的超级计算机；中国国家网格项目（CNGrid）在新的运行和服务模式上取得了长足发展；在CNGrid基础上构建了应用创新社区，极大的促进了应用软件的发展。与此同时，并行软件也保持良好发展势头，在核聚变能源仿真模拟、飞行器设计CFD、药物开发、数字媒体渲染、大型设备的结构强度优化、电磁环境仿真模拟等领域均已得到较好应用，并且30万核以上应用效率已突破30%。

北京航空航天大学及中山大学教授钱德沛

不过，钱德沛教授也指出，目前我国超算发展在关键技术、应用软件、人才培养、跨学科合作四个方面依然存在薄弱环节，在自主处理器/协处理器、新型存储和网络器件、大规模并行算法和程序开发、自主研发的系统软件等方面有较大差距。他认为要改变这一局面，需要建设一个良好的生态系统，建立一个超算开发人员、应用软件开发者、HPC基础设施运营商和终端用户的合作机制，让基础研究、关键技术、系统开发、应用开发人员能够有效的协同工作，并在国产芯片基础上加大系统软件、工具软件和应用软件的开发和推广力度。

钱德沛教授还介绍了国家“十三五”计划关于超算发展的一些部署，其中包括百亿亿次超级计算机即E级超算技术研究。他指出，百亿亿次超级计算机在解决人类共同面临的能源危机、污染和气候变化等重大问题上将发挥巨大作用。同时，百亿亿次超级计算机的研发将为发展高铁、飞行器设计、传统产业转型升级提供支撑，推动新药开发、创新工业产品优化设计、数字化媒体等行业发展，让大众更多受益。并可以促进高能物理、新材料、计算化学等众多基础科学研究中的重大科学发现。

钱德沛表示，发展E级超算计算机的需要基础研究、关键技术研究和应用示范全链条的创新。在新型体系结构、高速互连、高能效节点设计、大规模并行计算机系统软件、大规模并行编程模型与算法、系统管理和容错等基础研究和关键技术研究的基础上，最终研发LINPACK效率超过60%、每瓦性能30GFlops、内存10PB量级、存储EB量级的百亿亿次超级计算机。

中外超算高峰论坛由亚洲超算协会和浪潮集团联合举办，每年在德国ISC超算大会、美国SC超算大会和ASC世界大学生超算竞赛期间召开，旨在探讨超算在前沿科学工程与新兴领域的应用创新和发展趋势，推动中国与全球超算领域交流与合作。