“天河二号”蝉联世界第一 专家：并非越快越好

　　中国“天河二号”机组蝉联世界第一，实测性能达到33.86个P，也就是每秒运算 33.86千万亿次。而2004年，上海超算中心首台“曙光4000A”超算机组，还只有每秒 11万亿次那么快。不到十年，3000倍飞升。电脑会不会越算越快、无限增速，碰到“天花板”呢？

　　速度“天花板”

　　“天河二号”现在正在国家超级计算广州中心服役，占地700多平方米。当你走进它的机房，一眼望去都是它黑色的机柜，共有170个大柜子。

　　“天河二号”由国防科大研制，拥有16000个计算节点，如果每个节点相当于一台最高配置的电脑，那么它就相当于1.6万台电脑在并行计算，当然这种集成效应并非如此简单的叠加。有人打了个比方，假如全国13亿人每人每秒计算一次，连算1000年，才能得出一个结果；那么，“天河二号”得到这个结果的时间，只要短短1小时。

　　可以说，当今超算的速度已经超乎普通用户的想象，差不多每隔10年，计算速度就可提高1000倍。当2008年，超算速度从“万亿次”时代迈入“千万亿次”时代，人们就预见到：2018年，超算将再上3个数量级，达到“百亿亿次”。届时，若要进入“超算500强”榜单，起码要跨过 10个P——10千万亿次的门槛。而这个速度，在这次“500强”榜单上可以跻身前五。换句话说，5年之内，几乎整张“500强”榜单都要换新的了。

　　这种速度扩张也不是无限度的，超算不太可能变成广场那么大。为了克服这个速度瓶颈，目前超算科学家和工程师开始在原有的超算架构上添加“异构部件”，比如加速部件。姜恺发现，在超算前十强中，共有4台使用了加速处理器。而在500强中，采用这种异构系统加速部件的超算达到了53台，所占份额已超过10%。与之对应的提速效果是，这10%加速型超算的实测速值，已占全体500台超算总性能的35.1%。姜恺认为，在这种技术路径下，美、欧包括中国都在推进“百亿亿次”计划，超算提速千倍，也将指日可待。

　　能耗“天花板”

　　但在强调绿色低碳、节能环保的今天，不可否认，超算中心也是一个能耗中心、成本中心。

　　对于全球最快的 “天河二号”，对于国家超算广州中心，南方电网公司将其视为 “超大型供电项目”。其用电报装总容量达6.32万千伏安，最高负荷约等于广州大学城5所高校的总和。同时，保障超算的优异性能，对供电可靠性、电能质量等提出了更严格要求。

　　“天河二号”满负荷功率达17.8兆瓦，即1780万瓦。若加上冷却系统的功率，整个系统达24兆瓦，即2400万瓦。打比方说，要支持“天河二号”连夜运行，百万市民每家每户都要少开一盏灯才行。

　　从超算“500强”的能耗趋势可见，到2020年左右，前十强超算的平均能耗就将达到12兆瓦，前50强的平均能耗将超过5兆瓦。显然，速度越快，能耗越高，这几乎是成正比的。目前，“天河二号”的实测速值差不多两倍于排名第二的美国 “泰坦”，而它的能耗也着实比“泰坦”多了一倍有余。

　　为了“监督”或者“打压”超算的能耗水平，目前一份名为“Green500”的“绿色500强”超算榜单，越来越受到各国重视。 “天河二号”虽然称霸“500强”，却没能进入“绿色500强”的前十。事实上，只有一台瑞士超算能同时进入“速度500强”和“绿色500强”的前十名。

　　根据第14届 “绿色500强”超算能效排行榜，排名第一的是日本“燕子-KFC”；排名第二的是位于英国剑桥大学的“威尔克斯”；排名第三的又是日本筑波大学的 HAPACS TCA系统。前十强“绿色500强”，只有2台的性能超过了每秒“千万亿次”，正是瑞士、日本制造。这些国外系统，或许率先达到了速度与能效的平衡点。

　　应用“天花板”

　　对姜恺来说，美国之行带来的最大感触，不是中国超算的速度领先一步，而是中国超算在应用上与美、日差距还很大。“其实，最重要的并非速度，而是把速度用好。 ”

　　在业内人士看来，超算是工具，重在用。如果只看速度，超算只是一大堆硬件，但它其实与所有计算机一样，是软硬件一体化的。从应用软件、应用成果、应用领域来看，超算能干的很多，但未必最快的超算就干得最好。

　　本届“超算500强”中，420台（82%）系统并未指定应用领域，56台（11.2%）系统指定用作科学研究用途，其余系统用于气象、能源等领域。未指定应用领域，并不是没有应用领域，而是应用领域太多。

　　由于“天河二号”上月刚刚完成部署，应用还未铺开。而从2010年投入使用的“天河一号”看，它已形成了石油勘探、生物医药、动漫与影视特效渲染、高端装备制造以及地理信息等五大高性能计算应用平台，先后为国内外600多家用户提供了超算服务，可谓一机多用。尽管它的实测速值只有2.57千万亿次，只是“天河二号”的1/15，而且今年排名从过去的世界第一退至第12位，但并未影响其应用拓展。再如当前的上海超算中心，最快机组为5年前部署的“曙光5000A”，它的实测速值曾跻身全球十强，如今只有“天河二号”速度的零头，不过上海超算仍是国内高性能计算应用普及和推广的主站点。

　　然而，一个姜恺不愿看到的“天花板”是，国产超算应用的计算软件，绝大多数是外国开发的。她说，从国家层面讲，也不应只关注机器的快慢，而是需要加大在应用方面的支持，把超算用得更广、更深。