國家超算互聯(lián)網(wǎng)平臺正式上線
數(shù)字中國“高速路”
中央紀委國家監(jiān)委網(wǎng)站 李云舒
“神威·太湖之光”問世以來，各項性能指標持續(xù)位居世界前列，實現(xiàn)穩(wěn)定、可靠、安全運行。圖為工作人員在超級計算機“神威·太湖之光”旁工作。圖片來源：視覺中國
近日，國家超算互聯(lián)網(wǎng)平臺正式上線。當前，已有超過170家應用、數(shù)據(jù)、模型等服務商入駐國家超算互聯(lián)網(wǎng)，提供3200余款商品，覆蓋科學計算、工業(yè)仿真、AI模型訓練等前沿數(shù)字化創(chuàng)新領域。
2023年4月17日，科技部在天津啟動部署國家超算互聯(lián)網(wǎng)，提出到2025年底形成技術先進、模式創(chuàng)新、服務優(yōu)質、生態(tài)完善的總體布局。建立國家超算互聯(lián)網(wǎng)有何意義？它將如何加快形成新質生產(chǎn)力，為數(shù)字中國建設、數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展提供支撐？記者采訪了國家超級計算濟南中心主任王英龍、清華大學高性能計算研究所副研究員黃震春。
發(fā)展超算對國家安全、經(jīng)濟發(fā)展和社會建設有著重要的支撐和保障作用
記者：什么是超算互聯(lián)網(wǎng)？
黃震春：超算互聯(lián)網(wǎng)是一種以超級計算機和高速互聯(lián)網(wǎng)為基礎的國家級高性能計算基礎設施。它以高速網(wǎng)絡互聯(lián)地理上分布的超算中心，聚合各超算中心的軟硬件資源，建設超算資源共享與交易平臺，支持算力、數(shù)據(jù)、軟件、應用等資源的共享與交易。
作為一種先進計算基礎設施，超算互聯(lián)網(wǎng)將超級計算機所提供的強大計算能力抽象為更加本質的計算服務，并以一種標準化的形式提供給計算服務的使用者。簡單地講，我們可以將超算互聯(lián)網(wǎng)與電力網(wǎng)相類比。電力網(wǎng)制定發(fā)電、傳輸、用電的標準規(guī)范，構建基本的電力傳輸和交易平臺，將來自火電、水電、風電、核電、光伏等不同來源的電力整合到一起，為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、居民、科研等各種電力用戶提供即用即得的電力服務。
與電力網(wǎng)類似，超算互聯(lián)網(wǎng)通過制定資源接入、共享、交易等規(guī)范，構建具備資源共享與交易能力的資源平臺，將來自各級超算中心、算力服務商、科研機構、相關企業(yè)等不同來源的算力、數(shù)據(jù)、軟件、應用等抽象為統(tǒng)一的超算資源并整合到一起，連接超算資源提供者與超算用戶，為科研、生產(chǎn)、生活和國家安全等提供高效專業(yè)易用的超算服務。
記者：發(fā)展超算的意義是什么？當前我國超算發(fā)展水平如何？
王英龍：隨著數(shù)字化進程的持續(xù)加速，人工智能、數(shù)字孿生等技術迅速發(fā)展，培育壯大新質生產(chǎn)力，成為破解數(shù)字經(jīng)濟高質量發(fā)展難題的一把“關鍵鑰匙”。高性能超級計算機的研發(fā)，已成為世界發(fā)達國家搶占戰(zhàn)略要地的重要“制高點”。發(fā)展超算對攻克“卡脖子”問題，服務高新技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展，服務國家戰(zhàn)略發(fā)展需要有著不可替代的作用，對國家安全、經(jīng)濟發(fā)展和社會建設有著重要的支撐和保障作用。
多年來，在政策支持下，我國超算產(chǎn)業(yè)堅持“機器、應用、環(huán)境”三位一體協(xié)調發(fā)展策略，在機器研制、關鍵應用、服務環(huán)境等方面已處于世界前列。目前，全國范圍內已經(jīng)建成多個國家超級計算中心，“神威”“天河”“曙光”系列超級計算機多次占據(jù)全球超級計算機性能TOP500領先位置。以濟南超算為例，核心設施“山河”超級計算平臺，目前高性能計算能力達60PFlops（每秒6億億次浮點運算），人工智能計算能力達到1000Pops，存儲容量245PB，整體性能居世界先進水平。在2022與2023年度國際超算大會上，“山河”超級計算平臺連續(xù)兩年登頂世界IO500榜單，并將IO500世界紀錄提高15倍以上，已持續(xù)服務天氣預報與氣候預測、海洋環(huán)境模擬分析、信息安全、電磁仿真、工程計算、金融大數(shù)據(jù)分析、新材料和新能源分析等領域的眾多用戶。
人工智能等技術快速發(fā)展，全社會對算力提出更高要求，構建超算互聯(lián)網(wǎng)勢在必行
記者：為什么要構建國家超算互聯(lián)網(wǎng)？
黃震春：新世紀以來，超級計算機和高速互聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展，為面向應用領域的高性能計算環(huán)境制造了新的機遇和挑戰(zhàn)，高性能應用平臺的研究與建設也越來越受到關注。從上世紀末開始，我國開展了一系列研究。基于網(wǎng)格計算技術，我國建設了中國國家網(wǎng)格（CNGrid）、中國教育科研網(wǎng)格（ChinaGrid）等多個高性能計算環(huán)境，在一定程度上實現(xiàn)了包括算力資源、數(shù)據(jù)資源、存儲資源等在內的高性能計算資源共享，支持了先進制造、地質、空間信息、林業(yè)、氣象等多個領域的高性能計算應用。其后構建的國家高性能計算環(huán)境則更進一步，在網(wǎng)絡帶寬有限的條件下初步實現(xiàn)超算資源和應用的有效聚合，支持了生物醫(yī)藥、工業(yè)產(chǎn)品設計、數(shù)字媒體和文化創(chuàng)意等多個領域的專業(yè)應用。近年來，在國家重點研發(fā)計劃等支持下，國家超算無錫中心和清華大學聯(lián)合國家超算廣州中心、中科院計算機網(wǎng)絡信息中心等國家級超算中心和超算應用單位，共同研究和建設了超算互聯(lián)網(wǎng)原型——國家高性能計算環(huán)境領域應用平臺。該平臺以100Gbps網(wǎng)絡實現(xiàn)各超算中心的高速互聯(lián)，匯聚超過3.6EFlops（每秒360億億次數(shù)學計算）的計算能力，通過自主研發(fā)的軟件系統(tǒng)實現(xiàn)超算資源的接入、共享和交易，面向數(shù)個重點應用領域為遍布全國的國家實驗室等大型研究機構提供以數(shù)值模擬為主、兼顧數(shù)據(jù)分析和智能計算的科研基礎設施服務。
雖然我國超級計算機建設已取得巨大成就，但隨著E級超算的建設以及超算應用的不斷復雜化，我國超算運行也面臨一些新的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在四個方面：
首先，超級計算機之間，以及超級計算機及其用戶之間的互聯(lián)互通不夠順暢，現(xiàn)有超算間互聯(lián)網(wǎng)絡帶寬不能滿足超算資源共享、海量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨螅?/p>
其次，超算應用日趨復雜，有些應用場景涉及多過程、多尺度的復雜耦合，以及融合數(shù)據(jù)驅動的新模式，算法創(chuàng)新需求緊迫；
第三，由于自主可控的超級計算機研制要求和歷史原因，國內主要超算研制團隊采用不同的自主架構并不斷發(fā)展，形成不同架構不同系列的超級計算機系統(tǒng)，超算上的各種并行應用軟件需要對不同架構的超級計算機系統(tǒng)進行適配；
最后，超算使用相對困難，應用門檻高，用戶普遍希望超算提供者能夠提供高效、簡單、易用的應用服務平臺。
近年來，我國算力設施建設已取得顯著成績，算力總規(guī)模位居全球第二，并且保持著30%左右的年增長率。但面對人工智能等技術的快速發(fā)展，全社會對算力提出更高要求。為挖掘我國超算潛力，應對上述挑戰(zhàn)，基于超級計算機和高性能通信網(wǎng)絡構建超算互聯(lián)網(wǎng)勢在必行。
通過構建超算互聯(lián)網(wǎng)，我們可以建立連接各國家級超算中心的核心資源網(wǎng)，實現(xiàn)計算資源的高效共享和管理；面向國家重大需求，針對重點應用領域，研制支撐領域應用的專業(yè)平臺并開展應用；構建自主可控的高性能計算應用平臺服務體系，提供跨超算中心的統(tǒng)一服務能力。超算互聯(lián)網(wǎng)的研究與構建，將進一步提升我國超級計算機的應用水平，為國家經(jīng)濟建設、社會發(fā)展、科技創(chuàng)新和國家安全等提供更加強大和易用的超算服務，推動算力賦能千行百業(yè)發(fā)展。
超算互聯(lián)網(wǎng)平臺的構建將為我國算力“新基建”打下可持續(xù)發(fā)展的基礎
記者：超算互聯(lián)網(wǎng)平臺建設沒有經(jīng)驗可供借鑒，當前超算互聯(lián)網(wǎng)平臺建設面臨哪些挑戰(zhàn)？
王英龍：從技術層面來看，超算互聯(lián)網(wǎng)仍需要通過高速網(wǎng)絡高效連接來自不同超算中心和資源提供單位的、分布異構的超算資源，需要實現(xiàn)算力、存儲、數(shù)據(jù)等各種高性能計算資源的共享和高性能計算任務的有效調度。
從人才資源來看，超算互聯(lián)網(wǎng)的構建與運營涉及高性能計算、計算機網(wǎng)絡、并行軟件、分布式系統(tǒng)等計算機領域的諸多研究方向，尤其離不開以超算中心為主的超算運營管理與技術開發(fā)人才，需要具備相關應用領域和行業(yè)專業(yè)知識、行業(yè)經(jīng)驗的人才隊伍。
從產(chǎn)業(yè)生態(tài)來看，超算互聯(lián)網(wǎng)構建于超級計算和高速網(wǎng)絡的基礎之上，對相關產(chǎn)業(yè)生態(tài)的依賴非常明顯，從操作系統(tǒng)、基礎軟件到并行應用軟件的開發(fā)與優(yōu)化，這些都會影響到超算互聯(lián)網(wǎng)的構建與運營。
記者：國家超算互聯(lián)網(wǎng)平臺會對各行業(yè)的創(chuàng)新與高質量發(fā)展帶來哪些助力？
黃震春：當前，我國的超算應用總的來講與國外領先水平相比還有較大差距。超算互聯(lián)網(wǎng)的最大特點是變提供超算算力為提供超算應用服務，這就帶來了超算互聯(lián)網(wǎng)在應用模式上的巨大變化，對超算及其應用的發(fā)展具有相當大的推動作用。
超算互聯(lián)網(wǎng)的建設，將有效聚集超算軟硬件資源和人才，基于自主可控的高性能芯片和超算系統(tǒng)，研究并行軟件的高效開發(fā)、測試、遷移、共享和服務化技術，建立并行軟件開發(fā)平臺，支持和鼓勵并行應用軟件的開發(fā)。同時，超算互聯(lián)網(wǎng)將聚集超算領域和應用領域的人才，共同研發(fā)能替代進口的主流應用軟件，將超級計算機的算力封裝成為用于解決實際業(yè)務問題的高性能并行軟件服務，從而積累國產(chǎn)超級計算機上豐富的應用軟件資源，逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化替代，使寶貴的硬件資源得到有效利用。
超算應用服務是一個高門檻業(yè)務，需要大量資源。超算互聯(lián)網(wǎng)為超算應用服務提供了一個開放、合作的應用軟件發(fā)展平臺，大大降低提供超算服務的門檻，將吸引眾多創(chuàng)業(yè)公司以及行業(yè)領先企業(yè)開展超算技術方面的研發(fā)，并建立自己的超算應用服務體系，引導與培育超算資源和服務的商品化和市場化，從而推動超算及應用的發(fā)展，取得極大的經(jīng)濟效益與社會效益。
超算是一項系統(tǒng)工程，需要芯片、操作系統(tǒng)、應用軟件等多個方面的支撐。超算互聯(lián)網(wǎng)的建設與發(fā)展在有效集中優(yōu)勢力量，解決超算應用的各個環(huán)境環(huán)節(jié)的核心問題，提升我國算力水平和應用水平的同時，還將有效輻射帶動我國芯片及軟件產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展，推動我國自主基礎軟硬件產(chǎn)業(yè)生態(tài)的發(fā)展壯大。超算互聯(lián)網(wǎng)的技術與推廣經(jīng)驗還可以支持超級計算和智能計算的結合，建設兼?zhèn)涑売嬎闩c智能計算能力的智能超算網(wǎng)絡，有效推動更廣意義上的算力網(wǎng)絡的建設與產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
新基建、“東數(shù)西算”等戰(zhàn)略的實施對于推動算力、算法、數(shù)據(jù)、應用資源集約化和服務化創(chuàng)新提出了更高要求，對構建提供高端算力服務的一體化先進計算基礎設施提出新的挑戰(zhàn)。超算互聯(lián)網(wǎng)的實施和發(fā)展，將在國家層面給出實現(xiàn)全國大數(shù)據(jù)中心一體化協(xié)同創(chuàng)新的高質量解決方案，為開啟算力經(jīng)濟時代的世紀工程提供堅實的基礎，推動新基建、“東數(shù)西算”等國家戰(zhàn)略的實施。總的來說，超算互聯(lián)網(wǎng)平臺的構建將為我國算力“新基建”打下一個可持續(xù)發(fā)展的基礎，為實現(xiàn)我國的高質量發(fā)展和科技自立自強做出貢獻。
王英龍：超算互聯(lián)網(wǎng)建成后，一方面可實現(xiàn)對普通互聯(lián)網(wǎng)的“超算賦能”，升級改造；另一方面，通過超算互聯(lián)網(wǎng)，可將算力輸送到各個城市、各個企業(yè)、千家萬戶，讓大家便利地使用超級計算的算力。
以濟南超算為例，我們正圍繞國家在超算互聯(lián)網(wǎng)、中國算力網(wǎng)等領域的規(guī)劃部署，積極匯聚行業(yè)資源，探索算網(wǎng)管理運營的可持續(xù)發(fā)展機制，推動形成行業(yè)標準規(guī)范，培育算力應用的新模式、新場景和新業(yè)態(tài)，打造超算互聯(lián)網(wǎng)在數(shù)字政府、生態(tài)環(huán)境、智能制造、新能源新材料、醫(yī)養(yǎng)健康、教育培訓等場景的示范應用，推動科學研究、工程技術、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、社會民生等領域數(shù)字化、智能化轉型不斷加速，為數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展筑基賦能。經(jīng)過持續(xù)科研攻關與探索，濟南超算已在高速網(wǎng)絡通信、網(wǎng)絡資源感知調度、算力網(wǎng)絡融合和安全方面突破了一批關鍵技術。目前，已構建了覆蓋山東省16地市的“山東算網(wǎng)”，并聯(lián)合沿黃流域九省區(qū)的11所超算中心、計算中心和算力樞紐成立了“黃河流域算網(wǎng)聯(lián)盟”，上線了全國首個“黃河工業(yè)算力調度服務平臺”。基于覆蓋全省的超算算力底座，我們就可以部署大應用軟件，深入推動算力賦能實體經(jīng)濟。此外，超算互聯(lián)網(wǎng)還會為工業(yè)設計、工程仿真、大數(shù)據(jù)處理、VR/AR等需要大量數(shù)據(jù)傳輸以及頻繁操作交互的應用提供更好的用戶體驗。