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央視網消息（焦點訪談）：今天，我們繼續關注“新科技 新基建”。超級計算機，也就是人們常說的超算或者高性能計算機。它被譽為計算機界“皇冠上的明珠”，可以說是國之重器。在信息時代，超算是衡量一個國家算力的重要標志之一，因此成為各國競相爭奪的戰略制高點。雖然中國的超算起步較晚，但我國從零起步，打破西方封鎖，一步步發展成為超算強國。
在國家超級計算無錫中心的機房里，“神威·太湖之光”超級計算機正在進行每秒10億億次的高速運算。每年3月，國家氣候中心都會利用這臺性能強大的設備，來預測當年6月到8月的汛期氣候。
超算，也就是人們常說的超級計算機或高性能計算機，如今已在許多領域得到廣泛應用。那么什么是超級計算機呢？
什么是超級計算機？
超級計算機指的是擁有強大計算和儲存能力的計算機，規格與性能比個人計算機強大許多，大多用于國家高科技領域和尖端技術研究。超級計算機和普通計算機構成組件基本相同，主要是由運算器、控制器、存儲器、輸入輸出設備組成。我們打開超級計算機的一個計算單元來看看它的內部構造到底長什么模樣。
聯想中國區基礎設施業務集團高性能計算資深架構師郝常杰說：“在高性能計算系統里面主要的計算單元部分有兩個CPU做計算，有內存做支撐，還有本地硬盤，計算能力非常強大。”
如果把這個計算節點擴展很多倍，就構成了超算。當然超算并不是簡單堆砌硬件就完了，還需要復雜的網絡、軟件等。存放超級計算機，用來提供算力服務的地方就是超算中心。中國最快的超算“神威·太湖之光”就位于國家超級計算無錫中心。它誕生于2016年，共有40960顆國產芯片，峰值運算速度為12.5億億次/秒，曾經連續4次位列世界超算500強榜單第一名。
在最新一期全球超級計算機500強榜單中，中國的“神威·太湖之光”和“天河二號”排名第六和第九。中國共有173臺超算上榜，總量位居世界第一。
超級計算機為何成為新基建之一？
當今社會已經從傳統的工業時代進入信息時代，人們生產生活的方方面面都與數據有關，所以數據被稱為信息時代的石油，是最有價值的資源。誰掌握了數據，誰就掌握了快速發展的密碼。不過，數據需要經過計算、處理才能被利用。這種計算能力就是算力，超級計算機就是具備超級計算能力和存儲能力的計算機。
中科院計算所研究員張云泉說：“數據就像原油一樣，油很多，但是沒有加工廠就無法提煉成各種各樣的汽油、柴油，各種有價值的化工品，所以我們就必須生產大規模的計算設備，就相當于我們建一個大的化工廠一樣，這樣我們才有能力快速又好地把大數據加工成各種各樣我們需要的產品。”
從模擬核試驗、太空探索，到人類基因測序、醫藥研發、氣候預測，甚至打車、購物、訂外賣等等，都要靠算力設施來處理海量數據。算力設施，已經像鐵路、公路、機場、水利一樣，成為新時代必不可少的基礎設施。2020年4月，國家發展改革委已經把以數據中心、智能計算中心為代表的算力基礎設施列為新基建內容，而超算是算力基礎設施中的制高點。
中科院計算所研究員張云泉說：“超算是大國重器，是國家綜合國力的體現，很多的領域，比如說宇宙、化學、物理、天氣預報，各行各業都需要科學計算，是必須搶占的制高點。”
如今，世界已經進入數字經濟時代，算力成為核心生產力。算力越強，生產力越強。作為新基建的重要組成部分，目前，我國在各地已建立起大大小小的國家級和地方級超算中心，構成我國的算力矩陣，總算力達到每秒一萬三千億億次浮點運算，全球排名第二。
雖然我國已經進入世界超算第一梯隊，但是回首往昔這一路走得并非一帆風順。上世紀80年代，中國希望進行石油勘測，但苦于沒有超算只得花大價錢從美國進口一臺。但是美國為了防止核心技術外泄，要求把設備放進全透明的玻璃房子里，中方的一舉一動都被美方監控，甚至連開機密碼和機房鑰匙都由對方控制。
1983年，經過6年的研發，在科學家慈云桂的帶領下，我國第一臺超級計算機“銀河”誕生，運算速度達到1 億次/秒，使中國成為繼美國、日本之后，第三個能夠生產超級計算機的國家。
2004年，“曙光4000A”誕生，首次進入世界前十。2008年，“曙光5000A”誕生，中國步入百萬億次級運算水平。2010年11月，“天河一號”首次位列世界超算500強榜單榜首。2016年“神威·太湖之光”憑借中國的自研芯片登頂，并獲得被稱為“超算領域諾貝爾獎”的戈登貝爾獎，一舉打破美日兩國對這一獎項長達30年的壟斷。
超級計算機如何發揮作用？
既然超算這么厲害，那么就讓我們具體看看，它是如何發揮作用的。氣候預測被公認是世界上最復雜的問題之一，需要大量的計算，而這正是超級計算機的強項。從2018年起，每年國家氣候中心都會利用無錫超算中心的“神威·太湖之光”，來預測6月到8月的汛期氣候，也就是節目開始時我們看到的那一幕。
國家超級計算無錫中心氣象研發工程師蔡蕙伊說：“用自己的筆記本電腦做天氣預報的話，可能要花幾個星期，甚至一個月的時間都完成不了，但是如果把它放到超算上來做的話，那么只要短短幾個小時就可以預報出一周的天氣了。”
運算結果表明，“神威·太湖之光”不僅算得快，而且算得準。有了超級計算機，研究人員不僅可以預測中國的天氣和氣候，甚至可以預測全球的天氣和氣候。不久前，中國科技大學的趙純教授率領團隊，用神威超級計算機首次實現了長達7天的全球3公里空間分辨率“大氣物理-化學全耦合數值模擬試驗”。這項成果對于預測極端天氣、大氣污染等事件具有重大應用前景，達到國際領先水平。
像無錫超算中心這樣的國家級超算中心，主要為國家大型科研項目服務。此外，我國還有不少地方超算中心，為地方發展提供算力服務。北京超級云計算中心是由北京市政府和中國科學院共建成立的，由北龍超云負責日常運營。他們把算力搬上云端，這樣中小企業和科研單位就可以在云端使用超算，開展科研活動了，極大地提高了效率，降低成本。
北京超級云計算中心、北京北龍超級云計算有限責任公司總經理吳迪說：“中小企業/科研單位經費特別緊張，不可能自己建一個超算系統，所以我們以云服務的方式，讓我們這些中小微用戶能夠快速地通過云服務的方式、租用的方式，開展科學研究。”
凌空天行是國內一家商業航天企業。他們在研制火箭過程中，就多次用北京超級云計算中心的云超算去進行仿真計算，節省了大量時間與經費。
中國超算的迅速崛起不僅讓許多應用領域受益，而且還帶動了與超算相關的技術發展，比如節能技術。超算功率強大是名副其實的“電老虎”，據國家發展改革委統計，去年全國數據中心能耗達到2166億千瓦時，甚至超過了三峽大壩和葛洲壩電廠發電量之和，因此迫切需要降低能耗。為了解決這一問題，聯想研發出了溫水水冷技術。
聯想中國區基礎設施業務集團高性能計算資深架構師郝常杰說：“服務器在計算的時候，它的CPU的溫度會變得非常非常高，能高到90多度，放一個雞蛋就可以燒熟。”
為了克服芯片發熱的問題，聯想獨創了溫水水冷技術。它用常溫水為機器降溫，既可以提升5%的算力，還能降低42%的能耗，余熱還可以被再次利用。
溫水水冷技術已被北京冬奧會和許多數據中心所廣泛采用。經過不斷努力，中國超級計算機從無到有，直至步入世界先進行列。未來，我國還將在量子計算、云計算、大數據、人工智能等方面繼續發力，打造深度融合的高性能計算服務平臺。以超算為代表的國家新基建，未來將會有更大的用武之地。
超算現在已經融入到我們生活的方方面面，惠及各個不同的行業，成為解決諸多難題的“超強大腦”。新一輪科技革命和產業變革正在重塑全球經濟結構。算力作為數字經濟的核心生產力，成為全球戰略競爭的新焦點。加快推動以超算為代表的算力基礎設施建設，將有效激發數據要素創新活力，加速數字產業化和產業數字化進程，支撐經濟高質量發展，推動經濟社會健康持續發展。
