以前,科研人员用微机对大型工业流态化反应器进行计算机模拟时,最需要的是耐心:如果想预见反应器中一秒钟的过程,往往要等三五天,甚至两三周,因为计算机“算”得太慢。如今这一恼人的问题已被中国科学家突破。
中国科学院秘书长李志刚4月20日在北京宣布,我国第一套单精度峰值超过每秒1000万亿次浮点运算的超级计算系统,已由中科院过程工程研究所研制成功并投入使用。如果使用这套计算机和相应的模型与算法模拟工业流态化反应器的1秒钟过程,只需2—3分钟便可看到结果。
“超级计算能力不仅体现了一个国家在科学研究方面的实力,而且决定了工程技术和国家安全方面的竞争力,已成为各大国激烈竞争的科技制高点之一。”李志刚在当天的新闻发布会上说,在计算硬件技术迅速发展的同时,通用超级计算存在的投资大、能耗高、算法开发滞后、实际效率低的问题日益突出;而针对各种特定算法设计的专用计算机研发成本高、无法成批生产,经济性差。这两方面的问题成为提升超级计算能力的瓶颈。
对此,中科院过程所进行了长期探索,在计算机的通用性和专用性之间寻找平衡点。他们逐步认识到多尺度结构和离散化是许多工程问题的共同特征,并建立了适应不同问题的通用算法框架。中科院副院长李静海说,2000年,过程所正式提出了多尺度离散化并行计算模式。2008年2月,过程所敏锐地抓住图形处理器(GPU)编程环境更新的机遇,借助GPU自主研制了基于该模式的单精度峰值120万亿次的计算系统。今年,在国家重大科研装备研制项目支持下,该系统又升级至峰值450万亿次,并新建了基于多种GPU的峰值150万亿次的单元系统,同时与联想集团和曙光公司分别联合研制了两套200万亿次的单元系统,于今年2月安装到位。3月,四套系统通过千兆以太网互联为多层次的体系结构,并解决了多种不同GPU联用的问题,建成了峰值速度超过1千万亿次的超级计算系统。
在日前举办的项目评估会上,专家组高度评价了单精度千万亿次超级计算系统,认为它提炼了众多应用领域的计算问题的共性算法特征,提出了具有一定普遍意义的多尺度离散模拟方法,通过算法、软件和硬件结构密切结合的创新设计,提升实际问题的求解能力,并显著降低成本与能耗,实践了一种富有特色的超级计算模式。有关研究人员也表示,作为一种新的模式,它还有很多需要深化与完善的地方,相信随着它与其它模式相辅相成的共同发展,超级计算将发挥越来越重要的作用。
由于应用需求迫切,该系统研制期间就开始承担国家重大专项、国家科技支撑计划、国家自然科学基金重大基金和多家大型企业的计算任务,涉及化工、冶金、石油、矿产、动力等多个产业和物理、化学、材料、生物等多个学科,展示了广阔的应用前景。
