为科研插上“更好更快更多”的翅膀
11月20日，第44届世界超级计算机500强排行榜揭晓，由中国国防科技大学研制的“天河二号”超级计算机再次位居榜首。这是继2013年6月第一次夺冠以来，“天河二号”连续第四次摘得全球最快的桂冠，再一次将世界的目光引向了这个来自中国的超级计算机。
随着经济社会的发展，在科技、经济和社会发展等领域存在一系列复杂、大型的挑战性问题需要解决，而对这些问题进行计算求解，必须依赖速度超快、容量超大的超级计算机。
作为国家863计划和“核高基”国家科技重大专项项目，“天河二号”以其超大的存储容量和难以想象的计算速度，无可争议地成为国家科研的重要基础工具，在诸多领域发挥着重要作用。
让尖端科技效能实用好用
2013年11月，“天河二号”在国家超级计算广州中心投入运行，并正式向国内外用户开放使用。目前，“天河二号”二期建设的第一步升级基本完成，机器之间的通讯速度翻了一倍，已释放的计算资源利用率为76％。专家预计，在今年12月底前，“天河二号”的计算资源将全部被释放。明年，超算中心将对“天河二号”进行加速卡的升级，以提高其中央处理器的性能。
“超级计算机研制难，用好更难。但我们不仅要研制世界性能最高的超级计算机，而且要研制稳定可靠、应用广泛的超级计算机，这是我们始终追求的目标。”提起“天河二号”，项目副总设计师朱小谦研究员说。
为让“天河二号”实用好用，“天河人”根据我国特别是广东省及珠三角地区对大数据处理、智慧城市建设等方面的应用急需，创造性地提出了异构多态体系结构，实现了系统的均衡设计。针对新型体系结构使用难度大的问题，他们还自主开发了一种新的编程框架，将异构特征“屏蔽”起来。也就是说，用户在使用“天河二号”时，既能发挥它的强大运算能力，又不会因异构多态体系结构的复杂性增加编程的难度，从而有效提高了易用性。
国家超级计算广州中心主任袁学锋介绍说，近年来，我国超级计算机需求以不断增长，各行各业方兴未艾的创新活动，为我国超级计算机研制、应用的快速发展提供了强劲动力，同时推动着科技创新、产业升级、经济社会发展。“天河二号”研制成功后，对于若干典型应用已经开始试算，并取得了比“天河一号”更高的计算效率和更好的计算效果。
该中心先导系统技术负责人卢泽新研究员说，“天河二号”在计算规模、计算精细度和计算效率等方面大大超过“天河一号”。以500人规模的全基因组信息关联性分析为例，华大基因利用自有计算机系统需1年时间，利用“天河二号”只需3个小时。在新车研发中，采用传统设计手段，一般要经过上百次的真实碰撞实验，历时两年多才能完成一款新车的结构设计，而利用“天河二号”对汽车碰撞模拟和空气动力学模拟结果，只需3到5次实车碰撞，两个月即可完成任务。
技术“福利”延伸各行各业
目前，“天河二号”已构建起材料科学与工程计算、生物计算与个性化医疗、全数字设计与装备制造、能源及相关技术数字化设计、地球科学与环境工程计算、智慧城市与大数据处理等六大应用服务平台。并先后为250多家用户提供计算服务，其应用行业涉及生命、能源、宇宙等学科。
在“天河人”心目中，“天河二号”神通广大、无所不能——
中国商飞北京民用飞机技术研究中心利用“天河二号”开展大型客机C919全参数气动优化设计计算，仅用6天时间就完成了过去需要2年才能完成的计算量，在极大提高工作效率的同时，首次实现了国际上全机复杂构型高精度大规模数值模拟。中科院上海药物研究所基于“天河二号”开展了75万个小分子化合物的结合亲和力评估，完成了600多个各类药物的体内外活性测试评价，为治疗恶性肿瘤、乙肝、糖尿病等疾病提供了新的途径。陕西高性能研究中心依托“天河二号”开展了基于蒙特卡罗模拟方法的金融风险量化研究，利用3344个异构计算结点进行VaR模拟测试，实现了千万级投资组合的多维度市场风险分钟级准实时计量，对增强我国金融机构的风险敏感性、降低风险加权资产、提升资金精细化管理能力打下了良好的计算技术基础。同时，天河二号还适配了广州市电子政务数据管理系统、云盘存储系统等关键业务系统，为广州市电子政务和智慧城市建设搭建了一个高效可靠的承载平台。
2012年4月，国家超级计算天津中心联合天津大学，与英国、挪威、西班牙、保加利亚和瑞士欧盟五国的研究机构申请了基于“天河一号”的中欧超级计算战略合作项目。如今，“天河二号”继续为国外研究机构提供了高性能计算服务。德国慕尼黑工业大学等合作团队，利用“天河二号”开展的真实地震震波传播模拟工作，模拟再现了1992年美国加州兰德斯大地震震波传播过程，为研究地震波产生传播机理和地震预报提供了新的途径。
可以说，无论是领域、程度还是效率，“天河二号”的应用硕果累累，为各行各业带来了高新技术的“福利”。
科技资源共享惠及民生
尽管“天河二号”在基因测序、生物医学、污染治理、高速列车设计制造等一系列国家大型工程中大显神通，但在袁学锋看来，“天河二号”不只能完成这些“国字号”的大工程，还可以辅助小企业、帮助普通人实现自己的梦想，“这台‘高大上’是经济实用型的，有需要的普通人也有机会体验一把超算的感觉。”
他说，通过超算技术，不仅能利用动漫渲染平台完成一部动画片制作，还可以研制出虚拟试衣、模拟试驾等应用项目。例如，服装店老板可以根据自己的消费群设计虚拟人形象，使之试穿衣服，供消费者选择。
国防科技大学计算机学院副院长、“天河二号”工程副总指挥李楠介绍说：“超算中心的进驻与老百姓生活也有很大关系。比如，超级计算机可以大大提高天气预报的准确率，在娱乐产业中也能大展身手，电影《阿凡达》中，超过三分之二的人物与景象都是通过超级计算机计算出来的。”
目前，“天河二号”已先后为250多家用户提供计算服务，为每个用户提供5万核小时的免费试用期，并为个人用户准备了培训教室。截至今年10月，“天河二号”云服务应用也初见成效，共有云平台用户20余家，为用户提供了高安全等级资源服务，并先后适配完成了广州市政府网站群、电子政务数据交换平台等应用。同时，为动漫产业提供海量的计算资源，目前正在支持华强、奥飞、酷卡等多个用户的渲染业务。今后，还将依托“天河二号”，为各类教育管理系统提供所需计算和存储资源。
另外，为进一步发挥科普基地和教育平台作用，国家超级计算广州中心正抓紧建设“天河二号科普展厅”，后续将在网站上开辟专门的超算免费视频培训班以普及超算。届时，不仅能为青少年更好了解超级计算科学提供互相交流平台，更可让公众进一步加深对超级计算科学全貌的知悉度。
我们有理由相信，伴随“天河二号”应用领域的不断扩展，及其资源开放共享的持续推进，它必将成为推动国家科技创新和服务社会、改善民生的强劲引擎。
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