这是未来的某个深夜,上海某座农业摩天大楼里仍灯火辉煌.
一楼,LED灯光下是一排排成熟饱满的水稻;二楼,是新鲜诱人的水果和蔬菜;三楼,是大块牛排在自动生产线上被包装成全无血污的半成品送往冷库……但请注意,整栋大楼里没有一个人,只有地下室总控室里的一台超级电脑不知疲倦地打理着这一切事务.这不是某部科幻片中的伊甸园,也不是美国哥伦比亚大学的环境学 家迪克森·戴斯珀米尔农业摩天大楼的构想,它是逐渐变成的现实——某种程度上,这是一幅未来超级电脑民用生活图.某种意义上,人们在今天已进入超级电脑时代.不但互联网、搜索引擎、数据库背后有超级电脑的支撑,建筑物里的灯光、音响、结构也遍布了高性能计算.
最通俗的例子是,婴儿“嘘嘘”所用的尿不湿,要想宝宝舒服、妈妈安心,开发尿不湿时就要多考虑流体力学问题,而借助超级电脑模拟仿真“嘘嘘”和尿片的关系,对未来许多企业来说是一条新产品开发的捷径.
在中科院计算所高性能计算机研究中心主任赵晓芳看来,和每个人更加密切相关的是,在未来5年之内,利用超级电脑,每个人的基因分析成本将不到 1000美元.这意味着,每个人都可以拿到一张自己的基因图谱,知道自己是否有无遗传病或其他疾病倾向,不但让自己和医生做出更好的健康保障计划,而且利用超级电脑治愈目前无法攻克的疾病.
测试要求严格的无尘环境,这让占地2000平方米的数据中心几乎完全不通风,只有一个很小的门可供出入,环境噪音接近70分贝.工程师团队就是在这样环境下与这台超级电脑同住达7周半之久.团队中每人每天的平均工作时间达到14小时以上,在工作现场机柜旁、停车场角落里偶尔可见悄然入睡的疲惫身影.
“我找来几块包装机器的木板铺在地上睡觉,这算是机房里最好的床,其他的同事直接睡在地板上.”微软高性能计算实验室负责人李铭向《电脑报》记者描述了他们的机房生活.
仅仅是一个晚上,曙光调动了可以调动的全部人员,包括秘书、财务等行政人员,就在地下车库里将共计700条,总长达60公里的光纤全部部署完毕.而此前搭建数据中心的整个过程,包括电源和水管的焊接及连入整个大厦的系统,架钢梁、机柜和路线等,曙光也仅用了10天.
此前,微软HPC团队服务过的最大客户是美国国家超级计算应用中心(NCSA),此次曙光5000A1920台服务器的规模是NCSA的四倍,这对微软中国HPC团队来说是个非同寻常的挑战.“我清楚地记得第一次踏进中科院地下车库的情景,憋闷的环境,数千台机器共响的轰鸣声立刻让我觉得透不过气来.简易的工作台,没有任何的噪音隔离和防护措施,这就是我们接下来一个多月里需要战斗的地方.”一位微软高性能计算中国开发团队工作人员向记者描述他既紧张又兴奋的心情.
但工作远没有期待中的那么顺利.一个刚刚搭建的数据中心,全新的硬件,全新的软件(Windows HPC Server 2008操作系统第一次部署在如此大规模的集群上),对于一个至少需要连续运算7～8个小时才能取得较理想计算结果的基准测试来说,任何一个环节的细微差错,例如网络连接的松动,电源过热,15360条内存中任何一条内存故障都会导致整个测试运行的失败.工程师们甚至发现,在如此大规模尚未经过时间考验的计算集群上,取得一个有效的测试结果都是相当的困难.因此整个过程中,曙光和微软的工程师们轮流值班,登录到故障节点,查找可能的软件、硬件或者网络的问题,及时对问题进行记录和总结.
如果用四个字来形容当时的工作状况,那真是“没日没夜”.工作人员常常忘了外面是白天还是黑夜,当拖着疲惫的身体走出计算所的大门,才意识到,早起的人们已经开始了晨跑,原来熬夜也是这么容易习惯的.来自法国的性能测试专家“老夏”
Xavier Pillons是第一次来到中国,然而他同样在29天的时间里只休息了2天.
中国魔方跻身全球前十
这台耗资巨大,花费无数心血的超级电脑,难道就是为了向TOP500冲刺吗?
“这是中国科技实力的体现,获得TOP500排名第10的象征意义远大于内涵实际的意义.”曙光公司副总裁聂华感慨地对《电脑报》记者说.
1993年开始,美国田纳西大学、德国曼海姆大学以及美国国家能源研究科学计算中心每年两次发布全世界超级电脑系统的权威排名,即TOP500.
TOP500被看作是计算机行业最重要的评比标准之一,也是代表研究机构科研实力的象征之一.美国、日本、欧洲都把超级电脑的发展作为国家科研重点.
有关资料显示,在1995年,中国科学家首次推出运算能力为每秒10亿次的曙光1000A时,这一速度落后发达国家同类产品约8年……
2003年2月28日,国家并行计算机工程技术研究中心主任、工程院院士金怡濂获国家最高科技奖.金怡濂获奖理由是,推动了中国超级电脑的发展,将其运算速度从每秒10亿次跨越到每秒3000亿次以上.可见国家对超级电脑的重视.
2004年6月29日,国家科技部在人民大会堂宣布:“863计划重点项目——曙光4000A通过鉴定验收.”运算速度达到每秒10万亿次的曙光4000A,当年跻身TOP500的第10名.
但TOP500的排名更新很快,曙光4000A很快被挤出了前10强.在“魔方”之前,世界上运算速度最快的超级电脑中,没有一台来自中国.某种程度上,超级电脑的速度竞赛被看作事关国家荣誉.这一次,使命被放在了曙光5000A身上.
2008年9月28日,曙光5000A的浮点运算能力达到87.6 TFlops(每秒所执行的浮点运算次数);9月29日,浮点运算能力突破百T大关达到116.3TFlops,得以赶在世界超级电脑大会的截止日期—— 10月1日之前顺利申报全球超级电脑的TOP500.
与此同时,为了让曙光5000A有一个更响亮的名字,数月来,有关部门一直在向网友征集个性名称.最后,“魔方”胜出.魔方不仅代表了对未知的探索和大自然的无穷变化,也契合科学研究工作者在看似无序的世界中寻求物质本质和自然规律的特征.
在经历了10月25日174.9 TFlops和10月26日的179.8 TFlops之后,2008年10月28日,曙光5000A得到它提交给世界超级电脑大会的最终结果——180.6 TFlops.最终,中国“魔方”跻身全球TOP500前10名,成为世界上第二个独立研发生产超级电脑的国家.
不仅“魔方”排名第10,联想“深腾7000”也排在TOP500第19名.这是中国超级电脑历史最佳排名.“现在,中国拥有世界超级电脑 500强中的15台,成为仅次于美国、日本的超级电脑大国.不但展现了中国越来越宏伟的目标,也体现了科学与经济的发展状况.”《纽约时报》如此评论.
据记者了解,“魔方”落户之后,除了将担负突发性灾难预报、石油探测、纳米结构分析等重大使命外,还可凭其高速度提供股票、游戏、天气预报、建筑设计等方面服务,推动超级电脑向民用市场发展.
在10月底的庆祝活动中,每个“魔方”工程师都喝了有生以来最多的酒,来自法国的工程师“老夏”喝高后跌进了饭馆的水池中,然而让人印象更为深刻的是他在席间手持酒杯,发表的颇具国际主义精神的感言:“中国高性能计算产业已迈上一个新的台阶,能为此出一份力我感到非常自豪!”
“魔方”什么样
“魔方” 安装了微软Windows HPC Server 2008操作系统,重50吨,身价高达2亿元人民币.在2000平方米的空间里,由1920台服务器组成,每台服务器配置了相同的四路四核服务器,共采用了7680颗AMD真四核皓龙处理器,12万G的内存,每天耗电费用2万多元.
“魔方”世界位置
在最新的世界超级电脑TOP500排名中,美国占了291强,且囊括前10强中的9席.中国“魔方”挤走德国,拿到了第10席.
超级电脑民用“进行曲”
超级电脑从科研、军事走向民用的大门已经打开,从此,超级电脑正式进入民用时代.
从军事走向民用
1964年,世界第一台超级电脑CDC6600在美国诞生了.
45年间,峰值速度从百万次上升到今天的千万亿次.按照TOP500最新排名,占据头把交椅的IBM Roadrunner每秒运算速度高达1026万亿次.中国超级电脑的历史也在不断改写.1983年,国防科技大学研制成功“银河I型”亿次超级电脑.这是中国第一台超级电脑.25年后,中国“魔方”的诞生,让中国超级电脑运算速度飞升到百万亿次.
过去,超级电脑在世界各国主要应用于军事、科研等领域,如核武器和导弹等的研制,这被看作是一个国家国防和科技实力的重要象征.超级电脑也由此留下离人们生活很远的印象.
但实际上,超级电脑早已广泛进入人们生活.目前在世界许多国家,生物化学、天文气象、地球物理、石油勘探、飞机制造等领域都要依赖超级电脑.1994年,第一架波音777飞机设计之时,就利用超级电脑大量使用了虚拟现实设计技术.
近年来,来自民用市场的需求不断推动超级电脑向更多经济和商业领域扩展.2004年,宝洁旗下的薯片品牌“Pringles”,为了寻找防止薯片从装配线上滑落的方法,就曾动用超级电脑进行试验.
在中国,航空、航天、汽车等工业领域,利用超级电脑进行反复设计、分析、优化已经成为标准的步骤和手段.神舟七号成功发射的背后,就有超级电脑的贡献.
为了推动超级电脑在中国的应用,相关部门在2000年成立了上海超算中心.目前,很多重大项目都与该中心密切相关,比如飞机汽车制造、隧道建设、造船工业等都离不开该中心的支持.上海飞机设计研究所是中国新支线民用喷气飞机总体研发单位,过去4年,该研究所大量的飞机设计工作都在上海超算中心完成,不仅缩短了研发周期,还大幅降低了研发费用.
汶川大地震后,被安置于国家气象中心的神威I在震后救援的气象保障中发挥了作用.据悉,神威I运行的天气预报系统,能准确预报全球不同地理位置未来10天的天气变化情况.
超级电脑功能应用逐渐扩大背后,是超级电脑的成本和技术门槛越来越低,昔日那些动辄上亿美元的笨重机器也渐渐变得不再神秘.IBM超级电脑部门副总裁大卫·图雷克就说,某种意义上,Roadrunner就是一台性能得到提升的PS3游戏机.因为IBM利用了PS3的基础芯片设计,并提高了它的处理能力.
微软的到来也证明了这一点,微软明确表示,和曙光的合作是为了给中小企业用户带来更便宜和更易用的超级电脑.
民用新需求
随着中国“魔方”的诞生,一条通向民用的道路正式敞开了.
2008年12月初,一台小款曙光5000A超级电脑(拥有2080颗计算核心,标准曙光5000A如“魔方”拥有3万颗计算核心)部署于成都国家数字媒体技术产业化基地,专门负责动画渲染工作.以77分钟长的动画片《玩具总动员》为例,采用小款曙光5000A,只需1天即可完成.
而在2008北京奥运会中,小款曙光5000A也作出了重大贡献.“体操王子”李宁手举火炬在“画卷”上奔跑的数字影像效果就由它处理完成.而在整个北京奥运会开闭幕式上,由小款曙光5000A处理的数字影像效果画面长达60分钟.
超级电脑离普通企业也不远.目前,上海超算中心拥有一长串民用客户名单.其中一个名字,是“第九城市”——九城利用超级电脑来运作它的《魔兽世界》,由于生成游戏画面需要进行复杂的运算,九城引进了5台超级电脑,用于《魔兽世界》做服务器支持.
更多民用客户来自汽车制造行业.一些企业利用超级电脑从事汽车外形设计以及发动机、减震器、变速箱等重要组件的开发和试验.借助超级电脑,小企业能省下许多成本.
甚至连一些国内开关厂和水泵厂,他们也要求上海超算中心帮忙“动脑”,研究高级电气设备的电磁分布和高效率水泵的流体设计.通过网络,上海超算中心目前可以为全国各地的企业提供远程服务.
面对超级电脑未来巨大的民用商机,曙光总裁厉军对《电脑报》记者表示,这是未来曙光很大商机所在.“我们现在并不在乎这个产品到底要卖多少台,而是在意它未来庞大的民用市场.因此,2009年我们会把超级电脑进一步向民用市场推进.”
在这方面,国外一些企业已经利用超级电脑开创了新的商业模式.美国远程3D制作服务公司Render Rocket就是其中的代表.这家公司与IBM公司超级电脑中心合作,为其客户提供一种“自助”式远程制作平台,通过互联网提供7×24小时的计算能力. Render Rocket为其客户提供标准的制作环境,或者帮助客户建立自己的内部定制制作环境,客户就可以利用这个平台进行动画制作的计算.这实际上已经跟目前IT 业界提出的“云计算”概念有了某种契合点.
超级电脑未来平民化大猜想
这是未来的某个深夜,上海某座农业摩天大楼里仍灯火辉煌.
一楼,LED灯光下是一排排成熟饱满的水稻;二楼,是新鲜诱人的水果和蔬菜;三楼,是大块牛排在自动生产线上被包装成全无血污的半成品送往冷库……但请注意,整栋大楼里没有一个人,只有地下室总控室里的一台超级电脑不知疲倦地打理着这一切事务.
这不是某部科幻片中的伊甸园,也不是美国哥伦比亚大学的环境学家迪克森·戴斯珀米尔农业摩天大楼的构想,它是逐渐变成的现实——某种程度上,这是一幅未来超级电脑民用生活图.
某种意义上,人们在今天已进入超级电脑时代.不但互联网、搜索引擎、数据库背后有超级电脑的支撑,建筑物里的灯光、音响、结构也遍布了高性能计算.
最通俗的例子是,婴儿“嘘嘘”所用的尿不湿,要想宝宝舒服、妈妈安心,开发尿不湿时就要多考虑流体力学问题,而借助超级电脑模拟仿真“嘘嘘”和尿片的关系,对未来许多企业来说是一条新产品开发的捷径.
在中科院计算所高性能计算机研究中心主任赵晓芳看来,和每个人更加密切相关的是,在未来5年之内,利用超级电脑,每个人的基因分析成本将不到 1000美元.这意味着,每个人都可以拿到一张自己的基因图谱,知道自己是否有无遗传病或其他疾病倾向,不但让自己和医生做出更好的健康保障计划,而且利用超级电脑治愈目前无法攻克的疾病.
未来超级电脑民用几大领域
1. 互联网
互联网兴起的“云计算”对超级电脑提出了新的民用需求,将推动超级电脑的平民化进程.
2. 市政公共服务
市政设施、市政养护、路灯设施、燃气、自来水、污水处理等市政公共服务配套设施建设将在很大程度上依赖超级电脑,使超级电脑和人们生活密切相关.
3. 个人家庭
2008年12月,NVIDIA研制出了世界首台个人超级电脑,运算速度比普通个人电脑快250倍,售价约合4万元人民币.目前,包括戴尔、NVIDIA、英国维根伦在内的公司都有意大力将超级电脑推向普通消费市场.
4. 中小企业
中小企业是未来超级电脑重要民用领域之一,许多中小企业将利用超级电脑,缩减成本加快创新.
5. 医院
医生在未来更多利用超级电脑了解病人的健康状况,同时超级电脑还能分析并生产出治疗人类各种疾病的有效药物,帮助人们治愈多种如癌症等目前无法治愈的疾病.