FABIE在现场 | 以超算力量,驱动实体经济提质增效

1发布 · 2019-12-25 10:30 3554

超级计算与区域产业结构升级

FABIE视角

当下随着自动驾驶、4K/8K视频、AR/VR、物联网等应用兴起,社会的生产力、生产资料和生产工具正发生变革。算力已成为新生产力,数字、数据成为新生产资料。计算、算法和数据是AI发展的三大关键要素,而计算则是AI走向应用的基础和支撑力。AI对于计算力的需求,可以说是无限度的“刚需”,且呈指数级增长。随着前沿创新应用的不断深入,AI消耗计算力的速度远比想象的要快得多,尤其是神经网络层数的增大,层间连接的增加,数据规模的不断膨胀,加上未来新的模型和算法的出现,将让AI对计算能力的需求有几何级的增长,超级计算将在推动人工智能在多产业的快速落地和规模发展起到更加重要作用。


01. 前言


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▲左三清华大学教授、中国工程院院士 孙家广  左一国家超算广州中心主任 卢宇彤


为深入探讨高性能计算、大数据、人工智能融合的前沿超算应用技术,加速建设粤港澳超算创新应用生态圈,打造适应、引领新技术和新趋势的国产超算系统应用软件生态环境,12月6日FABIE产业研究中心受邀参加了国家超算广州中心在广州举办“数说创新,智见未来”超算创新应用大会。


大会特别邀请了三十余位知名院士、专家学者、业界翘楚,分别来自大数据处理、材料能源、生物医药、金融与区块链、人工智能、工程仿真等多个领域,为大家分享超算前沿技术以及创新应用成果报告,共同探讨当前我国超算应用面临的机遇与挑战、探索超算与AI、大数据融合的发展方向。本期FABIE产业研究带领大家走进超算的世界。


02. 超算是什么?


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▲广东中浦环境科技有限公司总经理 赵媛与中国工程院院士 孙家广现场对话


超级计算机是指在特定生产工艺条件下,采用先进的技术、工艺设计生产出来的功能强、运算速度快、存储容量大的电子计算机系统。美国是全球最早发展超级计算机的国家,进入21世纪以来,中国在超算领域发展迅速。中国在2000年仅有2台超级计算机跻身全球500强。目前,全球主要科技大国正围绕下一代超级计算机,即E级超级计算机(指每秒可进行百亿亿次运算的超级计算机)展开激烈竞争。


超级计算机具有强大的计算和数据处理的能力,主要特点表现为高速度和大容量,配有多种外部和外围设备,以及丰富的、多功能的软件系统。现有的超级计算机运算速度大都可以达到每秒千万亿次以上,未来更是要达到每秒百亿亿次(E级机)。超级计算机是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机,多用于国家高科技领域和尖端技术研究,是一个国家科研实力的体现,是国家科技发展水平和综合国力的重要标志,对国家安全、经济和社会发展具有举足轻重的意义。一般来说,超级计算机的运算速度平均每秒1000万次以上,存贮容量在1000万位以上。从2019年6月开始,超算TOP500的入门门槛超过1PFlops(每秒一千万亿次浮点运算),这是全球超算TOP500榜单26年以来的又一历史性突破。


近 10 年来,在国家“863”等多个国家科技计划的持续支持下,我国在超级计算领域取得了长足发展。从技术上看,以“天河”“神威”“曙光”等为代表的超级计算机的性能在 TOP500 排行榜中长期处于世界领先位置。


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03. 超算怎么排名?


11月18日,由国际组织“TOP500”编制的新一期全球超级计算机500强榜单揭晓,最强的超算依然是美国的Summit,浮点性能200PFLOPS(20亿亿次),第二名是Summit超算的姊妹Sierra,性能125PFLOPS,中国的神威·太湖之光之位列第三,不过总数上依然是中国以227台制霸,美国超算的数量为118台。


具体到厂商上来看,联想以174台TOP500超算的位置位列第一,其次是中国曙光的71台,再次是浪潮的65台,中国厂商包揽了前三,美国最大的超算公司Cray位列第四,建设了36台,第五的是HPE公司,建造了35台。


TOP500是按照什么来给超算排名的?主要是按照计算速度,用专业语言来说,是每秒能够执行多少次浮点运算。当你去看TOP500的榜单时就会发现,对于每台超算都列出了两个计算速度,一个叫做Rmax,一个叫做Rpeak。例如对于目前排第一的Summit,Rmax是每秒14.86亿亿次,Rpeak是每秒20亿亿次。


Rmax是实测的最高速度,Rpeak是理论上的最高速度。总会有些实际原因使超算的性能达不到理论上限,所以Rmax总是小于Rpeak。因此,TOP500排名用的是实测的最高速度,也就是Rmax。


04. 超算到底有什么用?


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超算中心具有鲜明的公共性、动态性、自治性和开放性等基础设施平台的特征,因此超算中心是一个资源汇聚、技术创新和人员交流的支撑平台,可以提升区域科研水平,增强企业的核心竞争力,进而推动地方经济建设。


目前,超级计算机在国外有着广泛的应用,欧美日等国家在天气预报、飞机设计、医疗、军事等领域已大量使用超级计算机,目前,超级计算机的运用领域正不断扩展,从人类基因组绘制、全球气候变化分析等不断延伸至游戏开发、云计算、人工智能、大数据融合等新兴领域。


例如,法国石油巨头道达尔从2013年开始就启用超级计算机Pangea进行石油资源勘探。借助Pangea强大的运算能力,道达尔可以更加精确地判断石油蕴藏的规模及开采几率;美国的波音、洛克希德-马丁等航空制造企业,近年来也开始大量使用超级计算机进行包括发动机、飞机等的辅助设计。与此同时,超算平台开发的精细数值天气预报系统,能准确预测未来15天以上气象变化情况。每12分钟实时刷新未来6小时的气象变化数据,让灾害性天气的备灾时间大幅增加,减少灾害带来的损失。


05. HPC和AI智能时代中的最强伴侣


据相关调研报告预测,到2020年,全球AI市场规模将有望达到1190亿元,预计年复合增长率可达19.7%。而HPC(高性能计算机,也常被简称为超算)的发展的水平,则代表着人类利用工具、不断拓展认知边界的极限。


事实证明,算力、算法和大数据,人工智能这三大要素者之间是相互依存、相互制约的关系。如果算力不足,那么有再多的数据也无法进行有效地驱动和利用;如果算法停滞不前,那么在当面对多数据层级时,现有算力就会力不从心;如果没有足够庞大和关联的数据,那么就像一部有绝佳性能的发动机和变速箱的超级跑车,但却没有燃油一样,AI真正的威力也无从发挥。


HPC超强的算力,可以让AI插上算力提升的翅膀,而AI也会反过来帮助HPC实现更优化的资源分配和能源管理,所以,在智能时代,HPC和AI成为了一对能互补和相互助力的最强伴侣。


近十年来,我国先后成立天津、深圳、济南、长沙、广州、无锡6家国家级超算中心,国家超级计算郑州中心正在筹建中。“天河一号”、“神威蓝光”、曙光“星云”、“天河二号”、“太湖之光”等超级计算机先后登上世界顶级超算阵容。中国超算制造水平已经进入世界领先地位,但受限于信息产业的整体水平,使得中国超算产业核心技术突破的面不够宽,自主技术发展还较为缓慢。中国商用超算系统绝大部分采用国外厂商的芯片、系统和应用软件等,自主技术的超级计算机相对较少。


毫无疑问,超算产业具有技术复杂、研制周期长、投资巨大、参与部门多、辐射面广,无论是单一依靠政府项目投资引导,还是完全交给市场的产业性行为都是不现实的。在新的发展时期,曙光信息产业股份有限公司总裁历军指出:“我们应该鼓励超算中心根据区域产业和合作单位的优势领域,把现有的超算中心建设成为各具特色的、聚焦于不同学科领域的合作交流平台、人才培养平台和应用开发平台,紧跟技术发展趋势,缩短创新技术的产业化链条,形成科技创新带动的产业化集群中心,更多地服务于区域产业结构升级,带动区域经济转型升级和社会民生服务。”


目前全球的超级计算增速逐渐放缓,计算技术的发展也许将要从技术发展驱动,转向应用需求驱动。正如超算创新应用大会现场中国工程院院士孙家广说道:“科技应该为企业挣钱”接下来,超算应该为各行各业的数字化转型的发展和企业研发助力。


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为了响应东莞市打造“湾区都市、品质东莞”的战略目标,加强科技创新和科技成果转化力度,促进东莞经济高质量发展,创建高层次“政产学研用”协同创新平台。本次大会现场广州超算中心与东莞天安数码城签定合作协议,东莞天安数码城率先引入广州超算中心东莞分中心,通过超级计算技术帮助企业进行数据计算和模型建立,提高企业自主创新能力,分中心落地后将联合园区企业广东中浦环境科技有限公司共同运营。建设超算分中心将进一步夯实园区科技创新平台,有效降低企业的研发成本,为自主创新提质增效,让计算更容易,让数据更融合,让开发更容易,实现转型升级为企业增添创新因子。


06. 专家介绍


孙家广,软件领域专家。1946年1月出生于江苏镇江。1970年毕业于清华大学自控系,清华大学教授,国务院学位委员会委员、学科评议组成员、教育部计算机科学与技术教指委副主任、软件工程教指委主任、中国工程图学学会理事长、国家自然科学基金委员会副主任。1999年选为中国工程院院士。


孙家广长期从事计算机图形学、辅助设计技术及软件工程与系统的教学研究开发, 负责研制了有我国知识产权的三维产品与工程数字建模、集成化CAD/CAM软件、产品数据全生命周期管理(PDM/PLM)系统及企业信息化集成系统(EIS)等大型软件。在基于CORBA/Web技术的产品数据管理框架,线框、曲面、实体和特征统一表示的造型算法,多资源、多事件、多进程协同软件开发工具等方面取得创新性成果。


卢宇彤,中山大学/国防科技大学计算机学院教授、博导,国家超级计算广州中心主任,天河二号副总设计师,国际超算ISC Fellow,国家重点研发计划高性能计算专项专家组成员,广东省珠江人才计划创新团队带头人。长期从事国产高性能计算系统并行软件和大规模数据处理的研究与实现,参加了五代银河系统和两代天河系统的研制工作,在高性能计算核心关键系统软件和应用研究领域取得了一系列重要的技术创新与突破,获得国家科技进步特等奖1项、一等奖1项,军队科技进步一等奖4项,二等奖6项。在国内外重要杂志和会议上发表论文100余篇,专利21项。多次在国际顶级超算会议SC、ISC、IPDPS上做大会主旨报告,担任IEEE TPDS副主编以及多个重要国际会议的TPC,CCF理事,CCF女工委主任。目前致力于超算和大数据人工智能融合创新发展的技术、系统和应用的研究与实现。

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