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超算:算力经济登上历史舞台

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2022/02/28 05:36发布
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这篇文章有关于“自然科学”——超算:算力经济登上历史舞台

张云泉

 

 

今年是我国超算应用实现丰收的一年。

 

 

11月中旬在美国举行的全球超算大会(SC21)上,中国超算应用团队凭借基于一台神威新系统对量子电路开创性的模拟(“超大规模量子随机电路实时模拟”),一举摘得国际上高性能计算应用领域的最高学术奖——“戈登贝尔奖”。同时,在SC 21大学生超算竞赛总决赛上,清华大学超算团队再次夺得总冠军,实现SC竞赛四连冠。这些大规模应用软件可扩展性和性能调优方面的成绩表明,我国在并行软件方面的发展方兴未艾。

 

 

回到超算对产业的驱动来看,我们要重提“算力经济”一词。早在2018年,我们提出“算力经济”概念,认为以超级计算为核心的算力经济将成为衡量一个地方数字经济发展程度的代表性指标和新旧动能转换的主要手段。综合近几年的发展趋势,我们认为高性能计算当前发展趋势已充分表明,随着超算与云计算、大数据、AI的融合创新,算力已成为当前整个数字信息社会发展的关键,算力经济已经登上历史舞台。

 

 

通过对2021年中国高性能计算机发展现状综合分析,可以总结出当前高性能计算正呈现出以下几个特点。

 

 

首先,高性能计算与云计算已经深度结合。高性能计算通常是以MPI、高效通信、异构计算等技术为主,偏向独占式运行,而云计算有弹性部署能力与容错能力,支持虚拟化、资源统一调度和弹性系统配置。随着技术发展,超级计算与容器云正融合创新,高性能云成为新的产品服务,AWS、阿里云、腾讯、百度以及商业化超算的代表“北龙超云”,都已基于超级计算与云计算技术推出了高性能云服务和产品。

 

 

其次,超算应用从过去的高精尖向更广、更宽的方向发展。随着超级计算机的发展,尤其是使用成本的不断下降,其应用领域也从具有国家战略意义的精密研制、信息安全、石油勘探、航空航天和“高冷”的科学计算领域向更广泛的国民经济主战场快速扩张,比如制药、基因测序、动漫渲染、数字电影、数据挖掘、金融分析及互联网服务等,可以说已经深入到国民经济的各行各业。

 

 

从近年中国高性能计算百强排行榜(HPC TOP100)来看,超算系统过去主要集中于科学计算、政府、能源、电力、气象等领域,而近5年互联网公司部署的超算系统占据了相当大比例,主要应用为云计算、机器学习、人工智能、大数据分析以及短视频等。这些领域对于计算需求的急剧上升表明,超算正与互联网技术进行融合。

 

 

从HPC TOP100榜单的Linpack性能份额看,算力服务以46%的比例占据第一;超算中心占24%,排名第二;人工智能、云计算和短视频分别以9%、5%和4%紧随其后。可以看出,人工智能占比的持续增加与机器学习等算法和应用的快速崛起,以及大数据中的深度学习算法的广泛应用有很大关系。互联网公司通过深度学习算法重新发现了超级计算机,特别是GPU加速的异构超级计算机的价值,纷纷投入巨资建设新系统。

 

 

综合来看,目前的算力服务、超算中心、人工智能、科学计算等领域是高性能计算的主要用户,互联网、大数据,特别是AI领域增长强劲。

 

 

再次,国家层面已经制订了战略性的算力布局计划。今年5月,国家发展改革委等四部门联合发布《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》,提出在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝以及贵州、内蒙古、甘肃、宁夏建设全国算力网络国家枢纽节点,启动实施“东数西算”工程,力促把东部的数据送到西部进行存储和计算,同时在西部建立算力节点,改善数字基础设施不平衡的布局,有效优化数据中心的布局结构,实现算力升级,构建国家算力网络体系。

 

 

最后,人工智能的算力需求已成为算力发展主要动力。机器学习、深度学习等算法革新和通过物联网、传感器、智能手机、智能设备、互联网技术搜集的大数据,以及由超级计算机、云计算等组成的超级算力,被公认为是人工智能时代的“三驾马车”,共同掀起最新一轮的人工智能革命。在人工智能蓬勃发展这一背景下,虚拟化云计算向高性能容器云计算演进,大数据与并行计算、机器学习融合创新就成为了产业发展的最新方向。

 

 

此外,在智能计算评测方面,我国已经提出了包括AIPerf 500在内的众多基准测试程序,这是对传统Linpack测试标准的有力补充。

 

 

这些发展表明超算技术向产业渗透的速度加快,我们已经进入一个依靠算力的人工智能时代,这也是未来发展的必然趋势之一。随着用户对算力需求的不断增长,算力经济必将在未来社会发展中占据重要地位。

(作者系中国科学院计算技术研究所研究员,本报记者赵广立采访整理)

《中国科学报》 (2021-12-30 第3版 信息技术)
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