搜索
1国内外超级计算中心发展模式的研究和建议冯桂安上海投资咨询公司林新华上海交通大学概要：通过对美国、日本、欧盟超级计算中心发展模式的总结，梳理了我国超级计算中心建设情况和运营模式，在总结我国超级计算中心所取得的成效同时，针对其在成果应用、人才集聚以及经济促进等方面存在的发展瓶颈原因进行分析，对我国超算中心建设发展在管理机制和政策保障等方面提出建议，为我国超算中心建设和发展提供借鉴。关键词：高性能计算超算中心发展模式高性能计算在科学研究和产业领域具有广泛的应用和重要地位。高性能计算机（又称“超级计算机”）是为解决挑战性问题提供超强计算能力，性能最高、容量最大、功能最强的计算机系统。发展高性能计算不但可以带动计算技术本身向更高水平迈进，更重要的是可以促进经济发展、科技创新、国家安全等方面一系列问题的解决。高性能计算发展水平是衡量一个国家科技实力的重要标志，是国家科技创新体系的重要组成部分。超级计算中心已成为世界各国（特别是发达国家）竞相争夺的战略制高点。一、国内外主要超级计算中心基本情况美国美国是高性能计算领域的霸主，其超算中心布局基本上可分为三大体系：美国能源部（DOE）下属六大国家实验室；美国国家科学基金会（NSF）支持的依托于高校的超算中心；围绕航空航天领域的超算中心，如美国国家航空航天局（NASA）下属Ames研究中心等。1．美国能源部（DOE）美国能源部共有28个下属实验室，其中11个为国家实验室，拥有世界级超级计算机的主要有6个。其超级计算机体系结构的构思、设计、建造以及运维等方面在世界上无出其右。2表1美国能源部体系2．美国国家科学基金会（NSF）美国国家科学基金会（NSF）正在推行一项5年12亿美元名叫XSEDE[1]项目，通过与美国16家高校及研究机构的合作，为世界各地的科学家提供免费的、最高性能的超级计算资源。表2美国国家科学基金会体系序号依托机构数量超级计算机(排名)研究领域1劳伦斯利弗莫尔国家实验室LawrenceLivermoreNationalLaboratory5Sequoia(2)Zin(29)Dawn(52)Cab(63)Vulcan(65)核武器、核安全、天文、能源、人类基因组、气候变化2阿贡国家实验室ArgonneNationalLaboratory2Mira(4)Intrepid(47)气候研究、发动机、宇宙、电池3橡树岭国家实验室OakRidgeNationalLaboratory4Titan(1)Jaguar(6)GaeaC2(40)GaeaC1(85)新能源、气候变化、蛋白质、超新星，核聚变，光合作用4洛斯阿拉莫斯国家实验室LosAlamosNationalLaboratory3Cielo(18)Roadrunner(22)Luna(64)武器研发、物理、核安全5劳伦斯伯克利国家实验室LawrenceBerkeleyNationalLab1Hopper(19)能源、健康、环境6桑迪亚国家实验室SandiaNationalLaboratories5RedSky(49)Pecos(70)Chama(71)DarkBridge(92)DarkSand(93)核武器、核安全、新材料、国家安全序号依托单位数量超级计算机（排名）备注1国家超算中心NationalCenterforSupercomputerApplications/伊利诺伊大学1Bluewater未参与TOP500排名；XSEDE项目领导者2圣地亚哥超算中心SanDiegoSupercomputerCenter/加州大学圣地亚哥分校1Gordon(88)大量使用SSD3德州先进计算中心TexasAdvancedComputingCenter/德州大学奥斯丁分校3Stampede(7)Ranger(50)Lonestar4(96)Stampede大量使用了IntelMIC4计算科学国家研究所1KrakenXT5(25)2012年Green33、航空航天以美国国家航空航天局（NASA）为代表等的国家机构、企业和大学等研发机构也都在开展为数不少的超级计算项目，代表有NASAAmes研究中心和美国空军研究实验室。表3美国航空航天体系日本日本是高性能计算强国。从上世纪80年代中期开始，日本研发的超级计算机在性能方面就屡次超越美国。日本在超级计算机研发和使用方面，有两股学术势力在竞争，一是以本土化研发主机为载体，另一是采用国际通用型CPU组建主机。两股力量彼此竞争，促使日本成为继美国之后在超级计算机研制方面水平最高的国家。日本没有大型的公共高性能计算平台，超算中心主要依托于专业研究机构和高校。目前，日本的文部科学省（MEXT）正准备启动一项面向2020年部署的E级超级计算机的计划[2]。表4日本超级计算机分布情况序号依托单位自研主机通用性主机1日本理化学研究所RIKENAdvancedInstituteforComputationalScience(AICS)KComputer（3）2国际聚变能研究中心(IFERC)InternationalFusionEnergyResearchCentreHelios（15）3东京工业大学GSIC，TokyoInstituteofTechnologyTSUBAME2.0（17）4东京大学InformationTechnologyCenter,TheUniversityofTokyoOakleaf-FX（21）5高能加速研究机构HighEnergyAcceleratorResearchOrganization/KEKSAKURA（41）HIMAWARI(42)6九州大学ResearchInstituteforInformationTechnology,KyushuUniversityFUJITSU(45)NationalInstituteforComputationalSciences/田纳西大学500第一名1美国国家航空航天局NASAAmesResearchCenter2Pleiades(14)Discover(53)天文、航天、天体物理学、气候变化2美国空军研究实验室AirForceResearchLaboratory1Raptor(34)军事47筑波大学CenterforComputationalSciences,UniversityofTsukubaHA-PACS（51）欧盟欧盟在高性能计算软件和应用上都很有特色。PRACE[3]、DEISA[4]等高性能计算研究计划是面向领导层的高性能计算战略，为欧盟高性能计算行业发展奠定了坚实的基础。欧盟承诺投入40亿欧元推进的PRACE项目，致力于提供世界级的计算资源和数据管理服务，并为提高计算系统能效和减少环境影响作出努力。表5欧盟主要超算中心分布情况中国我国关于高性能计算发展战略主要由国家科技部主导，纳入国家高技术研究发展计划（863计划），以5年为周期，通过部省（市）合作计划开展主机研制工作[5]。目前我国序号依托单位数量超级计算机（排名）备注1德国莱布尼兹超算中心（LRZ）LeibnizRechenzentrum1SuperMUC(6)PRACE成员DEISA成员2德国尤里希研究中心(FZJ)ForschungszentrumJuelich2JuQUEEN(5)JUROPA(89)DEISA成员3德国斯图加特大学HWW/UniversitaetStuttgart1HERMIT(27)DEISA成员4CEA/TGCC-GENCI,法国2Curiethinnodes(11)IBM(29)PRACE成员5法国原子能委员会(CEA)Commissariatal'EnergieAtomique1Tera-100(17)6英国Daresbury国家实验室ScienceandTechnologyFacilitiesCouncil-DaresburyLaboratory1BlueJoule(16)7英国爱丁堡大学UniversityofEdinburgh2DiRAC(23)HECToR(35)8CINECA,意大利1Fermi(9)PRACE成员DEISA成员9巴塞罗那超算中心BarcelonaSupercomputingCenter1MareNostrum(36)PRACE成员DEISA成员5公开拥有P级以上计算能力的超算中心有5家单位，分别是国家超级计算天津中心、国家超级计算深圳中心、国家超级计算济南中心和国家超级计算长沙中心和中国科学院过程所。作为第一轮863高性能计算机研制计划的布局，中国科学院超算中心（北京）和上海超算中心分别拥有150T和200T的高性能计算机。目前国防科大正与广州市联合开展第三轮863计划下高性能计算机的研制工作，预计首期新超级计算机的计算能力可达40P。表6国内主要超算中心情况序号单位主机规模配用电量主要应用领域备注1国家超级计算天津中心4.7PF(8)，天河6MW，主机4.3MW石油勘探、高端装备研制、生物医药、新能源、新材料、气象预报、动漫设计等科学研究和工程计算面世时“天河1A”排名全球第一2国家超级计算深圳中心（深圳云计算中心）1.2PF(12),曙光配电26MW，主机3.6MW高性能计算：天文，海洋，核电、工程等香港、澳门、广东用户；云计算：鹏云系统，市民，政府，中小企业电信运行商合作、100G带宽；4.3万平米总建筑3国家超级计算济南中心1PF(28)，神威蓝光100TF,浪潮神威蓝光1MW，其它1MW海洋环流、天气预报，生物医药、农业生态、金融计算等神威蓝光全自主，水冷，低功耗4国家超级计算长沙中心1PF（30），天河主机2MW，公共服务中心，云计算中心，灾备中心；1/4的资源用于舆情监测湖南省、国防科大、湖大共建5上海超算中心200TF，曙光主机1.3MW公共服务平台在国内开展服务时间最长、范围最广6中科院网络中心超算（北京）150TF，联想主机0.8MW面向中科院体系，服务科学研究各领域中科院内部研究所计算资源体系建设二、国内外超级计算中心发展特点超算中心将有助于吸引更多的优秀科学家、工程师、研究人员集聚到超算中心开展工作，随之带来的好处包括通过研发更有竞争力的产品以及服务从而促进经济的发展，同时，加强本国的安全和国防力量[6]。虽然世界各国对超算中心所带来的成效都有普遍的认同，但由于发展条件的差异，国际超算中心与我国超算中心在建立和发展上呈现出不同的特点。6国际超算中心发展特点目前国际上典型的超算中心发展模式有两种：股份制和政府直属，由相应的国家研究机构自主管理。虽然运营管理模式不同，但建设和运营资金基本来源于政府。美国和欧盟的超级计算中心分别为这两种模式的代表。表7美国超级计算中心运营模式建设资金来源运营资金来源隶属关系运营管理模式典型计算中心联邦政府州政府联邦政府州政府依托单位隶属于国家重点实验室依托于大学的研究机构中心自主管理劳伦斯利弗莫尔（LLNL）伊利诺斯（NCSA）表8欧洲超级计算中心运营模式建设资金来源运营资金来源运营管理模式典型计算中心欧盟中央政府地方州政府欧盟项目中央政府部委地方州政府依托单位企业股份制董事会负责决策执行委员会负责运营管理芬兰（CSC）巴塞罗那（BSC）斯图加特（HWW）通过总结国际先进的超算中心建设和运营管理经验，可以看到，国际超级计算中心发展呈现以下特点可供我们借鉴：1、发展高性能计算技术是国家战略，但应用高性能计算由超算中心依托单位所决定。从美、日、欧的经验来看，几乎没有仅提供公共服务性质的高性能计算创新平台，超级计算中心往往依托于重要的国家研究实验室或是专业的研究所。2、科学研究人员是支撑高性能计算中心的主体，设施运维人员规模不断缩小。由于国际高性能计算中心依托国家实验室或研究所，在超算中心人员的结构上多以研究人员为主。超算中心人员结构上，对硬件的维护比例较小，而在逐步增加依托高性能计算的专业领域研究人员。3、国际超算中心承担的应用目标决定其硬件资源的配置规模。由于计算机部件升级换代的频率较高，为解决高性能计算资源的需求与应用水平的差异，国际上的高性能计算中心往