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央視網(wǎng)消息（焦點訪談）：今天，我們繼續(xù)關(guān)注“新科技 新基建”。超級計算機，也就是人們常說的超算或者高性能計算機。它被譽為計算機界“皇冠上的明珠”，可以說是國之重器。在信息時代，超算是衡量一個國家算力的重要標志之一，因此成為各國競相爭奪的戰(zhàn)略制高點。雖然中國的超算起步較晚，但我國從零起步，打破西方封鎖，一步步發(fā)展成為超算強國。
在國家超級計算無錫中心的機房里，“神威·太湖之光”超級計算機正在進行每秒10億億次的高速運算。每年3月，國家氣候中心都會利用這臺性能強大的設(shè)備，來預測當年6月到8月的汛期氣候。
超算，也就是人們常說的超級計算機或高性能計算機，如今已在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。那么什么是超級計算機呢？
什么是超級計算機？
超級計算機指的是擁有強大計算和儲存能力的計算機，規(guī)格與性能比個人計算機強大許多，大多用于國家高科技領(lǐng)域和尖端技術(shù)研究。超級計算機和普通計算機構(gòu)成組件基本相同，主要是由運算器、控制器、存儲器、輸入輸出設(shè)備組成。我們打開超級計算機的一個計算單元來看看它的內(nèi)部構(gòu)造到底長什么模樣。
聯(lián)想中國區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施業(yè)務(wù)集團高性能計算資深架構(gòu)師郝常杰說：“在高性能計算系統(tǒng)里面主要的計算單元部分有兩個CPU做計算，有內(nèi)存做支撐，還有本地硬盤，計算能力非常強大�！�
如果把這個計算節(jié)點擴展很多倍，就構(gòu)成了超算。當然超算并不是簡單堆砌硬件就完了，還需要復雜的網(wǎng)絡(luò)、軟件等。存放超級計算機，用來提供算力服務(wù)的地方就是超算中心。中國最快的超算“神威·太湖之光”就位于國家超級計算無錫中心。它誕生于2016年，共有40960顆國產(chǎn)芯片，峰值運算速度為12.5億億次/秒，曾經(jīng)連續(xù)4次位列世界超算500強榜單第一名。
在最新一期全球超級計算機500強榜單中，中國的“神威·太湖之光”和“天河二號”排名第六和第九。中國共有173臺超算上榜，總量位居世界第一。
超級計算機為何成為新基建之一？
當今社會已經(jīng)從傳統(tǒng)的工業(yè)時代進入信息時代，人們生產(chǎn)生活的方方面面都與數(shù)據(jù)有關(guān)，所以數(shù)據(jù)被稱為信息時代的石油，是最有價值的資源。誰掌握了數(shù)據(jù)，誰就掌握了快速發(fā)展的密碼。不過，數(shù)據(jù)需要經(jīng)過計算、處理才能被利用。這種計算能力就是算力，超級計算機就是具備超級計算能力和存儲能力的計算機。
中科院計算所研究員張云泉說：“數(shù)據(jù)就像原油一樣，油很多，但是沒有加工廠就無法提煉成各種各樣的汽油、柴油，各種有價值的化工品，所以我們就必須生產(chǎn)大規(guī)模的計算設(shè)備，就相當于我們建一個大的化工廠一樣，這樣我們才有能力快速又好地把大數(shù)據(jù)加工成各種各樣我們需要的產(chǎn)品�！�
從模擬核試驗、太空探索，到人類基因測序、醫(yī)藥研發(fā)、氣候預測，甚至打車、購物、訂外賣等等，都要靠算力設(shè)施來處理海量數(shù)據(jù)。算力設(shè)施，已經(jīng)像鐵路、公路、機場、水利一樣，成為新時代必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施。2020年4月，國家發(fā)展改革委已經(jīng)把以數(shù)據(jù)中心、智能計算中心為代表的算力基礎(chǔ)設(shè)施列為新基建內(nèi)容，而超算是算力基礎(chǔ)設(shè)施中的制高點。
中科院計算所研究員張云泉說：“超算是大國重器，是國家綜合國力的體現(xiàn)，很多的領(lǐng)域，比如說宇宙、化學、物理、天氣預報，各行各業(yè)都需要科學計算，是必須搶占的制高點�！�
如今，世界已經(jīng)進入數(shù)字經(jīng)濟時代，算力成為核心生產(chǎn)力。算力越強，生產(chǎn)力越強。作為新基建的重要組成部分，目前，我國在各地已建立起大大小小的國家級和地方級超算中心，構(gòu)成我國的算力矩陣，總算力達到每秒一萬三千億億次浮點運算，全球排名第二。
雖然我國已經(jīng)進入世界超算第一梯隊，但是回首往昔這一路走得并非一帆風順。上世紀80年代，中國希望進行石油勘測，但苦于沒有超算只得花大價錢從美國進口一臺。但是美國為了防止核心技術(shù)外泄，要求把設(shè)備放進全透明的玻璃房子里，中方的一舉一動都被美方監(jiān)控，甚至連開機密碼和機房鑰匙都由對方控制。
1983年，經(jīng)過6年的研發(fā)，在科學家慈云桂的帶領(lǐng)下，我國第一臺超級計算機“銀河”誕生，運算速度達到1 億次/秒，使中國成為繼美國、日本之后，第三個能夠生產(chǎn)超級計算機的國家。
2004年，“曙光4000A”誕生，首次進入世界前十。2008年，“曙光5000A”誕生，中國步入百萬億次級運算水平。2010年11月，“天河一號”首次位列世界超算500強榜單榜首。2016年“神威·太湖之光”憑借中國的自研芯片登頂，并獲得被稱為“超算領(lǐng)域諾貝爾獎”的戈登貝爾獎，一舉打破美日兩國對這一獎項長達30年的壟斷。
超級計算機如何發(fā)揮作用？
既然超算這么厲害，那么就讓我們具體看看，它是如何發(fā)揮作用的。氣候預測被公認是世界上最復雜的問題之一，需要大量的計算，而這正是超級計算機的強項。從2018年起，每年國家氣候中心都會利用無錫超算中心的“神威·太湖之光”，來預測6月到8月的汛期氣候，也就是節(jié)目開始時我們看到的那一幕。
國家超級計算無錫中心氣象研發(fā)工程師蔡蕙伊說：“用自己的筆記本電腦做天氣預報的話，可能要花幾個星期，甚至一個月的時間都完成不了，但是如果把它放到超算上來做的話，那么只要短短幾個小時就可以預報出一周的天氣了�！�
運算結(jié)果表明，“神威·太湖之光”不僅算得快，而且算得準。有了超級計算機，研究人員不僅可以預測中國的天氣和氣候，甚至可以預測全球的天氣和氣候。不久前，中國科技大學的趙純教授率領(lǐng)團隊，用神威超級計算機首次實現(xiàn)了長達7天的全球3公里空間分辨率“大氣物理-化學全耦合數(shù)值模擬試驗”。這項成果對于預測極端天氣、大氣污染等事件具有重大應(yīng)用前景，達到國際領(lǐng)先水平。
像無錫超算中心這樣的國家級超算中心，主要為國家大型科研項目服務(wù)。此外，我國還有不少地方超算中心，為地方發(fā)展提供算力服務(wù)。北京超級云計算中心是由北京市政府和中國科學院共建成立的，由北龍超云負責日常運營。他們把算力搬上云端，這樣中小企業(yè)和科研單位就可以在云端使用超算，開展科研活動了，極大地提高了效率，降低成本。
北京超級云計算中心、北京北龍超級云計算有限責任公司總經(jīng)理吳迪說：“中小企業(yè)/科研單位經(jīng)費特別緊張，不可能自己建一個超算系統(tǒng)，所以我們以云服務(wù)的方式，讓我們這些中小微用戶能夠快速地通過云服務(wù)的方式、租用的方式，開展科學研究�！�
凌空天行是國內(nèi)一家商業(yè)航天企業(yè)。他們在研制火箭過程中，就多次用北京超級云計算中心的云超算去進行仿真計算，節(jié)省了大量時間與經(jīng)費。
中國超算的迅速崛起不僅讓許多應(yīng)用領(lǐng)域受益，而且還帶動了與超算相關(guān)的技術(shù)發(fā)展，比如節(jié)能技術(shù)。超算功率強大是名副其實的“電老虎”，據(jù)國家發(fā)展改革委統(tǒng)計，去年全國數(shù)據(jù)中心能耗達到2166億千瓦時，甚至超過了三峽大壩和葛洲壩電廠發(fā)電量之和，因此迫切需要降低能耗。為了解決這一問題，聯(lián)想研發(fā)出了溫水水冷技術(shù)。
聯(lián)想中國區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施業(yè)務(wù)集團高性能計算資深架構(gòu)師郝常杰說：“服務(wù)器在計算的時候，它的CPU的溫度會變得非常非常高，能高到90多度，放一個雞蛋就可以燒熟�！�
為了克服芯片發(fā)熱的問題，聯(lián)想獨創(chuàng)了溫水水冷技術(shù)。它用常溫水為機器降溫，既可以提升5%的算力，還能降低42%的能耗，余熱還可以被再次利用。
溫水水冷技術(shù)已被北京冬奧會和許多數(shù)據(jù)中心所廣泛采用。經(jīng)過不斷努力，中國超級計算機從無到有，直至步入世界先進行列。未來，我國還將在量子計算、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等方面繼續(xù)發(fā)力，打造深度融合的高性能計算服務(wù)平臺。以超算為代表的國家新基建，未來將會有更大的用武之地。
超算現(xiàn)在已經(jīng)融入到我們生活的方方面面，惠及各個不同的行業(yè)，成為解決諸多難題的“超強大腦”。新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在重塑全球經(jīng)濟結(jié)構(gòu)。算力作為數(shù)字經(jīng)濟的核心生產(chǎn)力，成為全球戰(zhàn)略競爭的新焦點。加快推動以超算為代表的算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，將有效激發(fā)數(shù)據(jù)要素創(chuàng)新活力，加速數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化進程，支撐經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展，推動經(jīng)濟社會健康持續(xù)發(fā)展。
