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今年3月份，阿爾法狗(AlphaGo)以4:1戰(zhàn)勝韓國(guó)名將李世石九段的情景，讓人們見(jiàn)識(shí)了人工智能背后超級(jí)計(jì)算的威力。剛剛過(guò)去的6月份，中國(guó)神威 太湖之光超級(jí)計(jì)算機(jī)以超過(guò)十億億次計(jì)算性能，榮登超級(jí)計(jì)算機(jī)性能世界排行榜榜首的消息，再度引發(fā)業(yè)界振奮。據(jù)IDC統(tǒng)計(jì)，2015年全球高性能計(jì)算的預(yù)算投入增長(zhǎng)了11%，2016年還將有更大的增長(zhǎng)，中國(guó)也持續(xù)保持15%以上的增速。
但是，與持續(xù)增長(zhǎng)的高性能計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相比，中國(guó)高性能計(jì)算應(yīng)用情況卻始終不容樂(lè)觀，由政府投資建設(shè)的超算中心屢屢陷入“切閘斷電、應(yīng)用率不高”的尷尬境地，除了石油勘探、天氣預(yù)報(bào)等少數(shù)機(jī)構(gòu)，其他產(chǎn)業(yè)企業(yè)投資建設(shè)高性能計(jì)算中心的寥寥無(wú)幾。
而美國(guó)高性能計(jì)算中心的客戶需求旺盛，經(jīng)常需要提前排隊(duì)預(yù)約;寶馬等大型制造企業(yè)也會(huì)投資建設(shè)。中國(guó)高性能計(jì)算應(yīng)用為啥火不起來(lái)?中國(guó)高性能計(jì)算的商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程如何推進(jìn)?
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9月23日2016年高性能計(jì)算用戶大會(huì)現(xiàn)場(chǎng)圖 1火不起來(lái)的四大原因
我國(guó)高性能計(jì)算應(yīng)用火不起來(lái)的原因主要有四個(gè)方面。
首先是核心芯片技術(shù)問(wèn)題。高性能計(jì)算一般由大量處理器或計(jì)算機(jī)通過(guò)集群技術(shù)搭建而成。在核心芯片上是采用國(guó)產(chǎn)自主研發(fā)設(shè)計(jì)的芯片，還是引入國(guó)外具有成熟商業(yè)應(yīng)用的Intel芯片，一直是計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)包括高性能計(jì)算發(fā)展中頗有爭(zhēng)議的話題。早期歐美國(guó)家對(duì)高性能計(jì)算技術(shù)的輸出限制，以及我國(guó)缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心芯片技術(shù)，導(dǎo)致了我國(guó)高性能計(jì)算起步較晚。直到2005年左右，我國(guó)才自主研發(fā)出龍芯等芯片。
與美國(guó)高性能計(jì)算的發(fā)展歷程一樣，我國(guó)高性能計(jì)算最初發(fā)展也是由政府主導(dǎo)。從1990年起步至今，我國(guó)通過(guò)863計(jì)劃“國(guó)家高性能計(jì)算環(huán)境”等一系列項(xiàng)目的實(shí)施，已在全國(guó)建設(shè)10個(gè)左右的高性能計(jì)算中心，發(fā)展了浪潮、聯(lián)想、曙光等高性能計(jì)算機(jī)生產(chǎn)企業(yè)(以引入Intel等商業(yè)化芯片為主)，并在政府、軍事、科研機(jī)構(gòu)、氣象預(yù)報(bào)、石油勘探等領(lǐng)域嘗試應(yīng)用。
其次，缺乏與國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算產(chǎn)業(yè)相配套的系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。在歐美國(guó)家的高性能計(jì)算產(chǎn)業(yè)，從高性能計(jì)算所需的核心處理器芯片到配套軟件，再到行業(yè)推廣應(yīng)用，已經(jīng)形成一個(gè)完整而龐大的產(chǎn)業(yè)鏈條，如Intel芯片周?chē)狭宋④?、SAP、oracle等龐大的軟件產(chǎn)業(yè)。而國(guó)內(nèi)由于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具的缺乏，以及看不到能從市場(chǎng)上獲得快速回報(bào)，大量軟件企業(yè)難以投入研發(fā)與國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算核心芯片相配套的應(yīng)用軟件，相關(guān)應(yīng)用軟件寥寥無(wú)幾，因此導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算難以推廣應(yīng)用。
國(guó)家863計(jì)劃高性能計(jì)算機(jī)及應(yīng)用服務(wù)環(huán)境重大項(xiàng)目總體專家組組長(zhǎng)錢(qián)德沛教授，在9月23日2016年高性能計(jì)算用戶大會(huì)上接受采訪時(shí)也表示：
“當(dāng)前高性能計(jì)算應(yīng)用面臨的最大的問(wèn)題，是能不能盡快建立起中國(guó)高性能計(jì)算發(fā)展的完整生態(tài)環(huán)境。”
比如，今年榮登榜首的神威 太湖之光采用了國(guó)產(chǎn)處理器芯片，雖然國(guó)產(chǎn)處理器具有高能耗、高性能的特點(diǎn)，但面臨著應(yīng)用軟件缺乏、成熟商業(yè)軟件無(wú)法方便運(yùn)行的尷尬。
其三，中國(guó)自身的科研技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)企業(yè)的科技應(yīng)用水平較低，也限制了高性能計(jì)算的應(yīng)用。高性能計(jì)算的主要應(yīng)用領(lǐng)域，是那些要求具有大規(guī)模計(jì)算能力的科研機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)企業(yè)科研部門(mén)，只有當(dāng)企業(yè)的科研水平達(dá)到一定程度才會(huì)提出這樣的要求。而歷史原因?qū)е挛覈?guó)科研機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)企業(yè)的科研水平較低，一定程度上限制了高性能計(jì)算的應(yīng)用。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，歐美企業(yè)研發(fā)支出中科學(xué)研究的占比普遍超過(guò)20%，我國(guó)企業(yè)的研發(fā)支出中科學(xué)研究的支出占比僅為3%。
其四，人才缺乏也是我國(guó)高性能計(jì)算應(yīng)用面臨的一大挑戰(zhàn)。培養(yǎng)相關(guān)的人才，需要花費(fèi)大量的時(shí)間、精力和投入。在歐美國(guó)家，一個(gè)超級(jí)計(jì)算人才的市場(chǎng)價(jià)是200萬(wàn)元，這種薪酬水平是國(guó)內(nèi)很多高性能計(jì)算中心無(wú)法承受的。
2商業(yè)化進(jìn)程陸續(xù)啟動(dòng)
隨著美國(guó)各行各業(yè)對(duì)于高性能計(jì)算的需求逐漸增多，美國(guó)汽車(chē)制造等行業(yè)也開(kāi)始普及化引入高性能計(jì)算。據(jù)IDC副總裁Earl Joseph介紹，當(dāng)今美國(guó)高性能計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從傳統(tǒng)的科學(xué)工程計(jì)算向更廣闊的深度學(xué)習(xí)、智慧城市、精準(zhǔn)醫(yī)療等領(lǐng)域推廣。
雖然中美高性能計(jì)算的應(yīng)用差距較大，但國(guó)內(nèi)高性能計(jì)算的商業(yè)化進(jìn)程已啟動(dòng)。
科學(xué)研究、精準(zhǔn)醫(yī)療、智能制造等也是目前國(guó)內(nèi)高性能計(jì)算嘗試推進(jìn)的應(yīng)用領(lǐng)域。
2015年底，上海市兒童醫(yī)院正聯(lián)合浪潮和Intel試點(diǎn)一個(gè)精準(zhǔn)醫(yī)療項(xiàng)目，即在利用浪潮基因一體機(jī)G100開(kāi)展多個(gè)兒童罕見(jiàn)病研究項(xiàng)目。據(jù)浪潮集團(tuán)高性能計(jì)算總經(jīng)理劉軍介紹，項(xiàng)目已試點(diǎn)運(yùn)行半年，預(yù)計(jì)一年后將正式推向市場(chǎng)。借助基因一體機(jī)G100，醫(yī)院可以在一天內(nèi)完成多個(gè)Panel樣本的基因測(cè)序以及檢測(cè)流程，而未使用前完成同樣工作量需要花費(fèi)的時(shí)間為15天;醫(yī)生也能夠精確識(shí)別和診斷兒童罕見(jiàn)病。這些研究項(xiàng)目將讓成千上萬(wàn)罹患罕見(jiàn)病的兒童從中獲益。為了推進(jìn)高性能計(jì)算應(yīng)用，浪潮發(fā)布了深度學(xué)習(xí)計(jì)算框架Caffe-MPI,并公布開(kāi)源社區(qū)，號(hào)召更多開(kāi)發(fā)者研究Caffe-MPI和定制化開(kāi)發(fā)。
國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心也在高性能計(jì)算的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面做了有益探索。國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心由科技部、江蘇省、無(wú)錫市共同出資18億元于2015年12月建設(shè)完成。今年榮登榜首的神威.太湖之光超級(jí)計(jì)算機(jī)就落戶在國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心。
這也是世界上第一臺(tái)全部采用國(guó)產(chǎn)處理器構(gòu)建的超級(jí)計(jì)算機(jī)。
據(jù)國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心主任、清華大學(xué)高性能計(jì)算研究所所長(zhǎng)楊廣文教授介紹，該中心的超級(jí)計(jì)算應(yīng)用重點(diǎn)關(guān)注四個(gè)方面：全球氣候變化研究、先進(jìn)制造、生命科學(xué)和大數(shù)據(jù)分析。特別是先進(jìn)制造方面，無(wú)錫地處“蘇南制造”核心地區(qū)，基于蘇南制造的科研需求，該中心正打造基于神威太湖之光的產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新中心，希望把超級(jí)計(jì)算與先進(jìn)制造相結(jié)合，提高我國(guó)制造業(yè)的科技水平。
目前，國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心超級(jí)計(jì)算的應(yīng)用范圍涉及天氣氣候、航空航天、海洋環(huán)境、生物醫(yī)藥、船舶工程等19個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，用戶單位達(dá)到上百家，具有六十余項(xiàng)大型應(yīng)用課題和成果，機(jī)器使用率達(dá)到75%以上，最高達(dá)90%以上。
由政府推動(dòng)的高性能計(jì)算應(yīng)用項(xiàng)目也陸續(xù)啟動(dòng)。據(jù)錢(qián)德沛教授介紹，2016年是十三五計(jì)劃的第一年，國(guó)家十三五重點(diǎn)科研專項(xiàng)高性能計(jì)算的第一批項(xiàng)目已經(jīng)正式啟動(dòng)，第一批項(xiàng)目批準(zhǔn)了19個(gè)，2017年第二批指南也已經(jīng)公示，共18個(gè)項(xiàng)目，正在征求廣大科技人員的意見(jiàn)，其重點(diǎn)是支持高性能計(jì)算的應(yīng)用。
轉(zhuǎn)型的最終目的 -提質(zhì)降本增效
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