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每秒执行数十亿次运算的超级计算机正在为人们的生产生活服务。

“超强大脑”正在运转

近日，在纪念中国超级计算产业发展四十年暨国家超级计算天津中心成立十周年活动上，“天河三号”百亿亿级原型机亮相。毛振华摄

随着新一轮科技革命和产业变革不断推进，新技术、新产品、新产业不断涌现，成为“科技创造美好生活”的生动注脚。走出实验室，走上生产线，走进生产生活，高新技术的诞生依赖于巨大的研发投入，凝聚着科技人员的巨大努力。著名科学家王选院士曾说过，高科技必须“站稳脚跟”。只有有效运用，才能有效发挥科技成果的支撑作用和科技创新的带动作用，才能进一步推动科技研发的进步和提高。科技版近期推出“把高科技用好用实”系列报道，聚焦高科技应用话题，敬请关注。

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日前在第六届世界互联网大会上发布的《中国互联网发展报告2019》显示，我国在网络信息技术方面的自主创新能力不断增强，新一代百亿亿级超级计算机原型机已研制出来。国家“十三五”高性能计算专项三个E级超级计算机原型系统中的——神威E级原型机、“天河三号”E级原型机和曙光E级原型机系统项目也已交付。

超级计算，即超级计算或高性能计算，是计算机产业的“皇冠上的明珠”，也被视为科技突破的“引擎”。随着应用的不断发展和完善，超级计算服务于科学研究和产业发展的各个方面，成为解决人类问题的“超级强大大脑”。

超级计算在最前沿的科研领域和最前沿的产业领域取得了一系列创新成果。

“编号为“台风胚胎96W”的热带云团未来将缓慢接近巴士海峡以东的海洋，强度将略有加强，而“台风胚胎97W”则可能在海洋深处向西北方向移动……”16、卫星云图上，西太平洋热带云层活跃。超级计算机已经注意到了台风胚胎，并在集体预报中判断了它们的运动。

“气象领域计算机系统的建设和应用，提高了天气气候预报的及时性和为国家服务的水平。”中国工程院院士李泽春表示，20世纪80年代，我国建立了第一个中期数值天气预报业务系统。计算能力成为当时能否实施业务数值预测的关键。只有拥有足够算力的计算机才能计算出商业计划中复杂的物理过程，并计算出指定时间内的预测结果。

从1983年我国第一台每秒亿次运算以上的“银河一号”超级计算机研制成功，到曙光系列、天河系列、神威系列的相继问世，我国已成为第三个拥有超算能力的国家。世界具有研制高端计算机的能力。国家的计算机系统能力。超级计算机已成为高端信息技术又一个新的制高点，对国家安全和经济社会发展具有重要意义。

“超级计算技术不应仅仅放在实验室进行理论研究，更重要的是要与行业应用和客户需求相结合，为经济社会发展带来价值。”联想集团高级副总裁童福耀表示。

使用原计算机完成500人规模的全基因组信息关联分析需要一年时间，而使用“天河二号”只需3个小时；研制大型飞机，过去需要2年时间才能完成整架飞机的风试验，采用超级计算机模拟，只需6天即可完成；国家超算长沙中心的人工智能筛查机器人，3至5分钟即可精准“诊断”骨质疏松症，准确率达90%以上……

目前，我国已在天津、长沙、广州等地建设了6个国家级超级计算中心。他们分布在大气变化模拟、生命科学、天体物理等最前沿的科学研究领域，也分布在最前沿的工业领域。在石油勘探、新药研发、工业模拟计算等课题上取得了一系列创新成果。“天河一号”超级计算机已使用10年，是世界上连续稳定运行时间最长的超级计算机之一。每天服务超过8000项科研计算任务，累计支持1600多项国家重大科技项目和研发计划。新一代百亿亿级超级计算机“天河三号”样机自2018年7月开放使用以来，已完成30余家合作单位的大规模并行应用测试。

“十三五”国家重点研发计划“高性能计算”总体专家组组长钱德培认为，超级计算机发展的根本动力来自于需求。要开发一批关键应用软件，建立具有世界一流资源能力和服务水平的国家高性能服务环境，推动我国计算服务业发展。

大数据时代，“融合计算”成为超级计算应用的关键词

随着大数据、云计算、人工智能等新兴技术的蓬勃发展，“融合计算”成为超级计算应用的关键词。

“进入大数据时代，对计算能力提出了非常高的要求。”中国石油东方地球物理研究院数据中心总工程师赖能和表示，石油勘探是超级计算应用的主要领域之一，超级计算堪称“找石油”的有力工具。地球物理勘探技术相当于在地球表面“做CT”，产生的数据量可达PB级。为了提高勘探精度，必须采用超级计算技术来处理海量数据。

“超级计算和物理勘探技术实现了相互促进。没有超级计算技术，物理勘探的很多算法都无法实现，更谈不上高精度勘探和高精度成像。”赖能和说道。

在汽车研发体系中，仿真计算发挥着关键作用。许多主流汽车制造商的整车研发过程大多通过超级计算机仿真设计完成，有效缩短了研发周期，降低了研发投入，提升了产品的技术附加值。国家超级计算天津中心基于“天河一号”与云计算等技术融合，建成集高性能计算、视觉分析处理于一体的汽车研发公共服务平台。中国科学院计算技术研究所所长孙宁辉表示，未来超级计算也将利用云计算来提供服务并触达用户。基于人工智能的高性能计算应用也在加速发展。在电力领域，仿真计算与人工智能识别技术相结合，可以更准确地模拟和预测雨雪冰冻灾害对电网造成的损害。联想研究院企业云与无线实验室负责人黄英认为，传统高性能计算完成计算要求高的工作，“新计算”则需要人工智能模型与高性能计算更好的结合。

人工智能与大数据的融合发展也将推动下一代超级计算的演进。“可以预见的是，这些新技术也将对未来超级计算机的架构产生影响。”钱德培说道。

从“造好”到“用好”，让超级计算真正“好看、好用”

今年6月，国际超级计算大会发布了最新的世界超级计算机500强名单。中国共有219台超级计算机上榜，连续第四次位居第一；“神威·太湖之光”和“天河二号”在计算速度上继续排名第三和第四；联想、浪潮中科曙光、中科曙光这三家中国企业分别以173台、71台和63台位居全球超算制造商前三名。

在运算应用方面，我国不仅实现了近30年来国际高性能计算应用领域最高奖项“戈登·贝尔”奖的零突破，而且陆续有项目入围奖，逐步构建较为完善的应用生态系统。在自主创新支撑下，我国超级计算在应用方面展现出一定实力。

但也应该看到，国产超级计算机的制造优势和应用优势并不匹配。“重技术、轻应用、重硬件、轻软件”的问题依然突出，资源不足和资源利用不足的现象并存。国内科研机构和企业的许多重要应用仍然需要购买昂贵的国外商业软件。一些大企业开发的应用软件大多停留在自主开发、自用水平，缺乏产业推广。如何扭转产业应用不足的局面，将“好生产”的优势转化为“好用”的优势，是我国超算产业亟待解决的问题。

“用并不是简单的使用，而是对机器的性能、功能、易用性提出要求，包括需要什么样的系统软件、应用软件等。这些要求也正是我们发展超级计算机的目的。””北京航天大学教授、联想集团首席科学家朱明发指出，只有产学研融合，才能有效推动超级计算健康发展。

如何让中国的超算真正“有价值、有用”？

要用好超级计算，首先要立足自主创新。“自主可控不是一种选择，而是唯一的出路。”钱德培指出，独立可控、开放合作并不矛盾。只有我们实力雄厚，技术过硬，才有可能开展广泛的合作。”

用好超级计算，必须加强对应用软件研发的支持。钱德培表示，通过让原本封闭使用的应用程序“走出去”，让几千人使用，发现漏洞并进行改正，效率会得到提高，适应性和兼容性问题也会得到进一步解决。

专家还指出，超算应用开发的不足与配套人才的缺乏有直接关系。然而，目前培养高性能计算软件人才的大学并不多。要立足行业，培养各类高性能应用软件开发应用人才，特别是交叉应用人才，积极拓展学术界和工业界多种形式的人才培养模式，弥补软件的短板人才。