超级计算机:贴身服务衣食住行

2013-07-15 10:12 来源:国际先驱导报 作者:帅蓉

核心提示: 以阿凡达这部电影为例,从2006年开始拍摄,后期仅做渲染和设计就花了接近两年的时间,专家预测,如果用“天河一号”,仅需一两个月的时间就能完成,若换成“天河二号”可能只需一二十天就搞定了。


工作人员在操作“天河二号”超级计算机。本报记者何书远/摄

《国际先驱导报》记者 帅蓉 发自北京

13亿人同时用计算器算上1000年,“天河二号”只需一小时就完成了。

最近,在德国莱比锡举办的Top500全世界最具权威的超级计算机“比赛”中,“中国的“天河二号”以峰值速度和持续速度分别为每秒5.49亿亿次和每秒3.39亿亿次登上冠军宝座,成为全球运算速度最快的计算机。这个速度至少比第二名美国的“泰坦”快了近一倍。

这是继2010年“天河一号”夺冠之后,“天河二号”再次上演的一幕“王者归来”。

不是众多计算机串联

在国防科技大学“天河”计算机科研楼,一间近800平方米的机房内,“天河二号”如庞然大物般屹立,气势恢宏。它是由280人的研发团队,夜以继日历时两年多时间研制完成,总共耗资约6亿元,由170个灰黑色机柜组成,占地面积720平方米,内存总容量1400万亿字节,存储总容量12400万亿字节,相当于存储每册10万字的图书600亿册。

预计今年10月份,“天河二号”就将离开它的出生地,迁往新成立的广州中山大学超算中心,主要应用于大科学、大工程以及产业升级和信息化建设领域,中山大学还将成立国内首个超级计算学院,培养目前紧缺的超级计算专业人才。这是继天津中心、长沙中心、济南中心、深圳中心之后,中国第5家国家级超级计算机中心。

很多人会认为机柜成队列摆放的超级计算机就是把众多计算机串联起来,“其实不然,这个概念是错误的。”国防科技大学“天河二号”工程副总指挥李楠纠正说,这么大体量的“天河二号”其实是一台计算机,几万颗高性能处理器就像一颗颗心脏,这些所有的CPU可以同时用来处理一个问题,国际上叫能力型计算,也叫大挑战问题。比如说天气预报,石油勘探等,计算量非常非常大,只有超级计算机才能处理。它还可以进行容量型计算,就是指它的资源很多,可以容纳成千上万个用户同时共享这个计算资源。

与“天河一号”相比,“天河二号”计算性能和计算密度均提升了10倍以上,而执行相同计算任务的耗电量只有前者的1/3。“这台机器的进步不仅有利于中国的科学界和产业界,而且将推动数十年内超级计算机的技术发展水平。”英特尔公司副总裁雷杰伯·哈兹拉评价说。

此外,李楠介绍说,“天河二号”摆脱了对国外技术的依赖,部分使用了我国自主研发的“中国芯”——新一代中央处理器“天河飞腾FT-1500”,约占全部CPU的1/8,这是当前国内主频最高的高性能通用中央处理器。

衣食住行都有超算的影子

记者了解到,在“天河二号”的哥哥“天河一号”正式投入使用前,我国高性能计算资源相对分散,服务对象多为政府、科研单位,未能上升到服务新兴产业,直接为经济建设服务的高度。“天河一号”的诞生改变了这一状况。“某种程度上来说,超级计算机系统的应用比计算机本身更重要。”国家超级计算天津中心应用部主任孟祥飞说,“超级计算机的真正效能是在各种用户的使用中产生的,如果得不到广泛的实际应用,对性能的追求也就失去了意义。”

2010年11月,天津中心工作重点全面转向应用。短短两年多时间内,天河一号超级计算机系统已构建形成石油勘探、生物医药、动漫与影视超级渲染、高端装备制造产品设计与仿真、地理信息等5个高性能计算应用平台,全球用户可通过申请、填写用户信息表、确认签字、审核、试用、签署协议六项程序,远程使用“天河一号”。自提出申请至最终使用,最快仅需一周时间。“一个国家超级计算机应用水平的提升,意味着这个国家整体的创新能力上了一个新台阶。”天津超算中心主任刘光明说。

“天河二号”工程副总指挥李楠表示,具体来说,我们的衣食住行都有超级计算机的影子,它可以帮助新材料的研发,将来我们的衣服会变得更加舒适美观;帮助科学家进行水稻、玉米、生猪的基因分析研究,可以改良它们的品种,使我们吃得更健康安全;帮助建筑物的抗震防风设计,会使我们住得更加稳当;帮助做天气预报,可以指导我们的出行安排。帮助新型汽车、飞机和高铁的设计制造,可以改善我们的交通条件。

可以“预测”疾病

孟祥飞则耐心地向本报记者解释称,超级计算机助推了很多产业的升级与发展,与我们的生活息息相关,其中令记者印象最为深刻的就是它在生命科学领域所发挥的作用。

比如怀孕的妇女通常会做产前检查,如果要预测小孩出生后有没有先天性疾病,如先天性耳聋,先天性心脏病等,现在比较通常的方式是做羊水刺穿,这对于孕妇和胎儿都有一定的生命风险,医学统计结果是会导致新生儿1%的死亡率,“但有了超级计算机就不用为此发愁了,”孟祥飞说,超级计算机可以实现对一个大规模群体的基因数据进行统计分析处理,找到哪些是导致这些先天性疾病的基因片段,在临床应用中,只需抽取母亲少量血液,就能找到胎儿的基因,通过基因测序比对,寻找致病的基因片段,从而达到实现无风险预测。

但天津超算中心并不接待个人用户,目前他们的直接合作方是华大基因研究院,而各大有需求的医院则可以直接和华大基因合作,医院可将抽取的孕妇血液样本交给华大基测序,然后基于云服务技术连接超级计算机做基因比对,之后把结果返回医院。“目前在天津的一些医院已经开始提供这一服务了。”孟祥飞透露说。同样的方法还可以应用于妇女两癌等癌症的预测,有效避免癌症到了晚期才被发现,错失治疗良机。

在医学领域,借助于超级计算机,药物行业也将实现新的突破。拿人们容易患的感冒来说,由于个体基因差别,得同一种感冒的人就算吃相同的感冒药,其效果也是不一样的,在一些人身上甚至会产生反作用。而超级计算机能帮助药物设计者设计出与不同基因相对应的感冒药,从而开发出个性化的药物,为人们量身订制个性化的治疗。比如目前大家都吃一种感康,但未来可能会生产多种“基因型”感康,这就更加对症。但到目前为止了解自己的基因并不是件容易的事,对此,孟祥飞表示,随着超级计算机助推医药行业的发展,预计未来几年一个人想了解自己的基因会是一个非常简单的事情,大概只需几千块钱。

[责任编辑:韩冬]
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