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2000年12月29日17:04

“神威”显威力
——我国研制应用高性能计算机纪实

本报记者  彭嘉陵

    


    1999年10月1日,中华人民共和国成立50周年的喜庆日子。这天,首都北京,在晴空万里的秋日阳光下,盛况空前的阅兵仪式和百万人的欢庆游行活动如期举行,向世界展示中国正一天天强大起来。盛典过后,人们都在感叹:真是天公作美。其实,很少有人知道,这一天的好天气,我国刚刚研制成功的高性能计算机早在几天前就算出来了。
    计算机能算天气?人们似乎很难相信。就在国庆的头一天,即9月30日,北京城里大雨还下个不停,一直持续到1日凌晨,让人对庆典时的天气担心。这天晚上,江泽民总书记也很关心,两次打电话到中国气象局询问。中国气象局根据刚刚投入运行的“神威”号高性能计算机计算出的数据,综合应用各种预报方法,十分肯定地告诉江总书记:国庆当天天气很好,完全可以保证阅兵。请您放心。
    这样有把握的回答,对中国气象局领导来说,还是破天荒第一次。过去,谁敢这么肯定?没有十拿九稳的数据资料,仅凭经验和判断,毕竟底气不足。这一次,他们有“神威”壮胆,才能如此有把握地告诉江总书记,阅兵式可如期进行。
    “神威”高性能计算机作用巨大
    以前,我们的天气预报只能预报三天以内的,再往后,就不敢说了。而且,这三天还没十分的把握。主要是因为原有计算机运算速度太慢,一般只有每秒几十亿次,或上百亿次。对于10天的集合天气预报,需要运算32个样本模式,进行640个时次的后处理,一般计算机根本难以计算。等算出来,早过了时间,没有了意义。如今所用的“神威”,运算速度达到每秒3840亿次,一下子将速度提高了几十倍、上百倍,对于10天的集合预报,只需8小时。如果计算24小时天气预报,只需个把小时,预报48或72小时,只需两三个小时。
    运用“神威”机还可进行定点、定时、定量的中尺度数值预报。分辨率由30公里提高到5公里。正是基于此,才为国庆50周年盛典提供了前所未有的高分辨率的区域降水预报。不仅如此,运用“神威”还可进行10天内逐日降水及降水概率预报,温度距平概率预报,平均大气趋势预报等,大大提高灾害性天气短期和中长期预报的精确度,为防汛、抗旱提供可信的依据。 据中国气象局介绍,这项依赖“神威”计算机建立的“集合数值气象预报系统”,是国家“九五”重点攻关项目,它的开发成功,使我国重大气象的应用跨入了世界先进行列,成为世界上能做集合预报的少数几个国家之一。
    当然,“神威”的用处远不止于气象上。一年来的试运行表明,“神威”在国民经济许多领域都开始发挥威力。
    石油钻探要提高成功率、降低勘探风险,就要进行地震成像并行处理。由于数据量很大,计算量惊人,以前在亿次机上计算需要10年时间。对于石油勘探开采来说,可以说是“马后炮”,没有实际意义,而且还不够准确,往往花了巨资,却打不出油。如今用“神威”,仅用10小时就完成全部计算,而且准确无误;
    创新药物的研制是大投入、高产出的项目,药物的化学反应很难通过实验进行观测,只能通过计算来模拟药物在人体内的作用过程。中科院上海药物研究所将通用药物研究软件和药物筛选软件移植到“神威”机上,使“神威”机成为通用的药物研究平台。据此,他们进行了青蒿素的抗疟研究,取得了过去在其它计算机上根本无法完成的计算数据,为进一步改造青蒿素,并创制新药,提供了宝贵的依据,大大缩短了新药的研制周期,节约了研制经费;
    中科院生物物理研究所进行人类基因电脑克隆研究,以前无法进行大规模计算和拼接。还是“神威”机帮了大忙,仅用了11天时间,就计算出了数百条新基因候选序列,使这项成果具有国际先进水平;
    …………
    “神威”使中国人在世界高端计算机领域占据一席之地,打破了西方的技术封锁
    “神威”到底是一个什么样的机器?它是在什么情况下研制出来的?将起什么作用?
    落后就要挨打,落后就要受人制约。前些年,西方七国为了军事控制目的,达成一致协议,向社会主义国家出口运算速度在10亿次以上的计算机,必须经过巴黎统筹委员会的批准。现在,随着世界计算机技术的进步,西方仍控制100亿次以上的计算机出口到社会主义国家。这对我国国民经济的发展十分不利。
    70年代末,时任副总理的邓小平同志在谈到计算机技术发展时,情绪非常激动:“中国要搞四个现代化,不能没有巨型机!”从此,中国的计算机专家瞄准世界最先进的计算机,开始了自主开发的艰苦历程。1983年,银河亿次机诞生;1992年,银河10亿次巨型机问世;1997年,银河130亿次巨型机面世。1993年,曙光1号并行机问世;1995年,我国首套大规模并行机系统曙光1000研制完成,标志着我国已突破大规模并行机的关键技术;1998年,曙光2000运算速度200亿次高性能计算机应运而生;1999年1月,曙光2000—Ⅱ1100亿次机通过鉴定。我国高端计算机领域的研制开发,就是这样,一步一个脚印,终于走到了今天“神威”的3840亿次。“神威”的研制成功,使我国成为继美国、日本之后能够研制生产3000亿次以上计算机的国家,从而打破了西方对我国的技术封锁,使中国人在高科技领域再一次扬眉吐气。据有关专家介绍,“神威”的运算速度还可提高到5000亿次。
    中国一定要在高端计算机领域研制开发自己的产品。否则,中国的高端计算领域将永远受制于人。1996年11月16日,江泽民总书记题词:“再接再厉,勇于创新,攀登世界计算机技术新高峰。”1997年,时任总理的李鹏同志建议,组成一个强有力的研究班子,研制出对国民经济有重大实用价值的高性能计算机系统。1998年初,国务院决定这个项目实施。正是由于党中央、国务院的高度重视,国家计委在1998年7月组织实施了研制高性能计算机系统的国家重大科学工程。而且,专门成立了国家并行计算机工程技术研究中心,并由它牵头,联合国内有关科研单位共同研制。
    据中国工程院院士、“神威”的主要研究、设计负责人之一的金怡濂先生介绍,“神威”属于大规模并行式计算机,是由许多运算系统组合起来的。因此其研制难度是显而易见的:一是网络组织难。3840亿次的速度,就要有384个CPU(中央处理器),要把它们联结起来,并各司其职,技术难度很大。二是友善性问题,也就是人机关系,要让机器好用。三是可靠性或稳定性,这是以前国产机常有的毛病。于是,设计一个科学合理的网络结构,解决可扩展性,严格工艺设计,成为需要重点解决的问题。无数次的失败和挫折自不必说,科研人员以世界先进水平为目标,以攻占计算机行业制高点为信念,毫不气馁地一次次摸索试验,终于一次次见到胜利的曙光。
    1999年8月,高性能计算机系统研制成功,江泽民总书记亲笔为其题名“神威”。“神威”系统于当年9月顺利安装在国家气象中心投入运行,并向社会开放。李岚清副总理到场祝贺,对计算机产业的发展作了重要指示,国务院专门发了贺电。
    到现在,“神威”计算机系统已试运行将近一年。一年来,研制单位会同有关用户单位,已在系统上开发成功一批应用软件。用户单位普遍认为,“神威”机系统稳定、可靠,通用性好,能够适应国民经济诸多领域的各类课题,可解决我国大规模科学计算领域原来无法解决的许多计算问题。
    中国气象局专家特别指出,其可视化技术特别值得称道,它使天气预报由原来枯燥的数据变为生动、形象、鲜明、直观的图形图像。系统稳定性好,一年来连续运行,基本没发生过故障。
    建立国家资助、向社会开放的新型计算中心模式
    高性能计算机系统“神威”的实际意义在于其应用价值。随着国民经济的发展,各行各业对科技的依存度越来越大,需要高性能计算机的地方越来越多。但是由于高性能计算机系统投资巨大,有些单位又不会经常使用,没有必要各自建立一套这么庞大的计算系统。但许多单位又确实需要一个庞大的计算系统,进行繁杂的数据处理和研究。为此,国家计委批准了以“神威”计算机系统为基础,在中国气象局内组建北京高性能计算机应用中心,作为国家高端计算基础设施的一部分,建成国内高水平的高性能计算机应用开发基地。
    2000年7月25日,经过一年试运行的北京高性能计算机应用中心正式成立,国家计委主任曾培炎为中心揭牌。
    据国家计委副主任张国宝介绍,考虑到社会的广泛需求,应用中心采取国家资助,对社会开放的形式。这也是国际惯例。同时,国家还拨出专款作为维护费用,目的是让“神威”机一机多用,充分发挥其作用,让全社会充分利用这个共有的资源,避免重复建设。这也是我国在高科技领域打破单一计划模式的尝试。过去各部门各自为政,都要自己进口,每年用不了几次,不光造成了浪费,而且由于西方的技术封锁,进口机水平不一定比国内高。
    据了解,“神威”机从现在起,两年内免费向社会有需要的单位开放使用,两年后再考虑收费问题。为此,应用中心成立了由重点用户组成的管理委员会和有关专家组成的咨询委员会。考虑到社会需求量较大,咨委会主要负责项目资格的审定,因为所有需要“神威”运算的项目,虽然真正运算起来只需几小时或数天时间,但前期准备时间都很长,需要配备相当的人力物力。因此,对项目资格的审查应该严格一些。
    应用中心主要依托单位、中国气象局局长温克刚表示,愿为用户提供良好的服务及相应的技术支持。
    “神威”计算机的神通广大我们已没有丝毫怀疑。我们希望全社会都来重视这个资源,利用这个资源,让它为国民经济助威,为人民造福。
    “神威”计算机,愿你大显神通! 
    《人民日报》 (2000年08月03日第一版)  




 
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