天河二号超算：超强算力不是传说

Patagonia

　　信息时报记者 高金花 实习生 黄小燕
　　也许你不敢相信，你可以用手机点击查询一个月后天气变化情况，甚至以后你可以在医生开药后，自己先不吃，让孪生数字人做你的小白鼠先吃，如果药物有效，你再吃……
　　当然，要做到这些，如果没有能够承担大部分计算的“超级大脑”和储存业务的“超级胃”，这一切都只是“纸上谈兵”。在广州就搏动着这样一个目前世界上最快的大脑——“天河二号”，借助它的应用，这些高新技术活动将成为普通市民的生活场景。
　　如今，“天河二号”开门迎客近两月，记者近日探营揭秘它即将为市民奏响的生活畅想曲。
　　运算能力有多强？它运算一小时相当于13亿人算1000年
　　正值暑假，大学城里中山大学的校园格外静谧，距离图书馆不远处一栋大楼里不时出现一阵忙碌的身影。这里就是隐秘其中的国家超级计算机广州中心(以下简称“广州超算中心”)，也是“天河二号”的安身之所。
　　今年6月23日，在德国莱比锡市世界超级计算机大会发布的最新世界超级计算机500强排行榜，“天河二号”以其惊人的计算速度力压群雄，再次位居榜首。这个世界超级计算机500强排行榜每半年发布一次，而就在去年6月和11月，天河二号已是两度蝉联冠军，此次是它第三次问鼎。
　　要知道，在“天河二号”一排排高大的机柜里，一共装有3.2万颗主CPU和4.8万个协处理器。那么，它到底有多快？据测算，天河二号的峰值计算速度达到每秒5.49亿亿次，而持续计算时的速度每秒可达3.39亿亿次。这是个什么概念？袁学锋打了个比喻，“假设每人每秒钟进行一次运算，‘天河二号’运算一小时，相当于13亿人同时用计算器算上1000年。” 他介绍，假设现在一般电脑都能达到4个核，“天河二号拥有300多万个核，几乎是一百万台个人电脑同时工作，解决同一个问题。”
　　按照计划，“天河二号”已在进行二期建设，预计到2015年底前，运算速度将翻倍，峰值计算速度将达每秒10亿亿次。这也就意味着，届时完成13亿人1000年的计算任务，到它手里只需半小时就可“搞掂”。
　　当然这个巨无霸还得拥有一个“超级胃”。其存储容量相当于存储每册10万字的图书600亿册。升级后其储存架构有创新，可以做大数据方面的分析，整个体结构叫异构多态，多态就是集高性能，云计算，云平台为一体，这在其他超算系统是没有的。
　　袁学锋透露，目前“天河二号”平均使用率为34%，预计将在三年后，最迟四五年后达到70%~80%，届时将考虑建“天河三号”。
　　超级计算机有啥用？预警地震海啸预告整年天气
　　对大多数市民而言，“天河二号”到底会给市民带来怎样的惊喜和变化仍是云里雾里。实际上，这个庞然大物无时无刻不在影响着我们的现在和未来，与老百姓息息相关。
　　有了它，在未来，中长期天气预报将不再是难题。“现在只能做短期预报，比较准确的可能只有2~3天，但只要速度足够快，计算精度足够高，1年的天气预报都有可能，而这对国民经济安排更有用处。”
　　此外，海啸地震等自然灾害预警的难关解决同样需要超算支持。“我们要做一个数字地球，地球科学和环境科学连在一起。对地壳运动，大气运动都可以实现模拟预测。”
　　随着空气质量恶化，“雾霾”天气现象出现增多，危害加重。近期我国不少地区把阴霾天气现象并入雾一起作为灾害性天气预警预报，统称为“雾霾天气”。袁学锋告诉记者，通过超算，广州各地雾霾成分及生存机理都可以得以明确，这对治霾将同样起到很大的作用。
　　不过，他提出，要实现雾霾全预报的一个重要前提是观测站的精度足够高，并在此基础上建立其科学的计算模型。“目前全国算霾观测站是每45公里一个，精度是不够的，最起码应该1公里，甚至100米，这样有助于精细预报”。
　　“我们现在和广州市气象局交谈，看能不能在广州做到。”在袁学锋看来，如果一旦成型，将对广州的城市规划带来利好，“雾霾的成分机制、污染源的来向都是可以计算出来，那么建高楼时不能挡住风道，整个城市规划更趋合理。”
　　打造孪生数字人帮你试药试手术
　　在袁学锋看来，天气和常规地质灾害的预报只是超算的传统应用，而它的更大“用武之地”在于老百姓自身的健康管理。
　　他举例，作为天河二号的重要应用客户，华大基因需要做一个百万人的基因库，“这个基因库就是通过基因界定，找到靶点，尤其对于消灭遗传病将有很大帮助。比如哪些人在基因错误或者演变中容易出现错误，通过基因测序，从而产生预防效果。”或许在不久的将来，妈妈们就再也不用担心宝宝遗传家族病啦！
　　更有意思的是，未来在“天河二号”的帮助下，你可能拥有一个与自己代谢功能相似的孪生数字人，这将对现代人的饮食治疗困扰带来新曙光。袁学锋介绍，目前是系统生物学中的，人类的代谢网络图谱已经出来了，但是这一套网络的验证需要天河二号提供平台支撑。
　　他透露，天河二号将和国际有关方面合作，打造带全生命信息的标准数字人，然后个性化建模打造出孪生数字人，而这个孪生数字人就会告诉你应该做什么不该做什么。“有的人抗压能力强，有的人身体易胖，通过这个数字人就可知道今天这个汉堡包该不该吃，能不能吃等等。”不仅如此，而在这个根据具体病人构建的“数字人”上，医生可反复模拟开刀，斟酌出最佳手术方案。
　　袁学锋说，目前来看，整个数字人依然是一个愿景。但可以从数字血管开始，三五年就可以建成，还包括数字肝脏，数字肾脏等，它们将肩负很多生物和药物实验，肌体药物反应等。“医生开处方前，将药物的影响数据输入电脑，‘数字人’就会显示服药后的反应，协助医生对症下药。”
　　用户：“天河二号”应用软件国产化程度不够高
　　究竟天河二号，是否如传说那样神奇？华大基因负责高性能计算的相关负责人王丙强告诉记者，现代的基因测序和医疗诊断技术，会产生大量的数据，“只有在天河二号这样的平台上才能做分析，才能有商业运用的价值。
　　王丙强说，借助于天河二号强大的计算能力，华大基因在做基因变异扫描实验时利用普通计算机需几年，利用天河二号只需数个小时，节省大量时间。他认为，由于科学技术的不断发展，只有天河二号能满足计算要求，“这样有助于提高我们的商业竞争力，降低研发成本。”
　　对于使用的性价比评价，王丙强特别强调，“天河二号”在科研创新层面的价值是无法用金钱来衡量的，它的更大意义在于以前一些科学方面不能求解的难题有了解决之道。“比如人的基因变异高精度的扫描，以往这样针对几千人的研究需要几年时间。如果有了天河二号，时间成本大大节省，项目研究才能有进一步发展。”
　　不过，他同时也提到，针对目前“天河二号”应用软件国产化程度不够高的瓶颈问题，希望政府能给予更多支持，“国产的软件更适合国内一些研究和需求，这需要政府牵头的跨学科跨行业的努力。”
　　最强“大脑”有多强？
　　假设每人每秒钟进行一次运算，天河二号运算一小时，相当于13亿人同时用计算器算上1000年。
　　假设现在一般电脑都能达到4个核，天河二号拥有300多万个核，几乎是一百万台个人电脑同时工作，解决同一个问题。

本文来自ChinaUnix新闻频道，如果查看原文请点：http://news.chinaunix.net/industry/2014/0829/3203765.shtml