中國工程院院士、清華大學計算機系教授鄭緯民：重視我國超算基礎(chǔ)軟件生態(tài)建設(shè)

今日，在 2023CCF 全國高性能計算學術(shù)年會（CCF HPC CHINA 2023）中，中國工程院院士、清華大學計算機系教授鄭緯民做了題為《重視我國超算基礎(chǔ)軟件生態(tài)建設(shè)》的主題演講。

會議伊始，鄭緯民教授提到了中國超算的情況：國產(chǎn)超算處于國際第一梯隊！國產(chǎn)超算是中國的一張名片！國產(chǎn)超算是信創(chuàng)的典范！

中國超算為何能躋身國際前列呢？首先，中國能做最快的計算機。過去十年，中國在頂尖超算系統(tǒng)研制處于國際領(lǐng)先行列，下圖為中國超級計算系統(tǒng)部署情況。

其次，TOP 500 的機器里，中國占有量基本是第一。比如 2022 年，500 臺里中國有 162 臺，占比 32.4%，位居世界第一。

第三，中國超算的應(yīng)用也取得了很好的成果。以入圍 ACM Gordon Bell Prize 為例：2014 年中國超算就已經(jīng)應(yīng)用在地震模擬當中，2016 年應(yīng)用在大氣動力框架、相場模擬、海浪模擬，2017 年應(yīng)用在地震模擬和大氣模擬，2018 年應(yīng)用在圖計算框架，2021 年應(yīng)用在量子模擬、人造太陽和第一性原理等領(lǐng)域。

此外，中國超算還多次獲得了國際超算最高獎 ACM Gorden Bell 獎。2016 年 ACM 戈登貝爾獎千萬核可擴展全球大氣動力學全隱式模擬。2017 年 ACM 戈登貝爾獎非線性大地震模擬。2021 年 ACM 戈登貝爾獎基于最優(yōu)收縮路徑的通用量子模擬器。

可見，中國超算已經(jīng)取得了不錯的成績，不過鄭緯民教授提出，中國超算在軟件生態(tài)建設(shè)上還存在幾點問題。

問題一：將領(lǐng)先算力高效轉(zhuǎn)化為解決科學與工程難題能力依然存在重大挑戰(zhàn)

將世界領(lǐng)先的計算能力高效轉(zhuǎn)化為解決尖端科學與工程難題的能力是世界范圍難題，且隨著異構(gòu)架構(gòu)路線的發(fā)展更加劇了該問題的鴻溝。關(guān)于應(yīng)對方案，鄭緯民教授表示，超算基礎(chǔ)軟件是提升轉(zhuǎn)化能力的關(guān)鍵之一。

超算基礎(chǔ)軟件是實現(xiàn)并行應(yīng)用開發(fā)、優(yōu)化、部署、運行高效的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。國產(chǎn)超算系統(tǒng)已經(jīng)部署部分基礎(chǔ)軟件，仍有亟待解決的問題。

問二：國產(chǎn)超算平臺架構(gòu)多樣，應(yīng)用移植和調(diào)優(yōu)工作量大

國產(chǎn)超算平臺目前的情況是：不同國產(chǎn)超算平臺選擇各異架構(gòu)實現(xiàn)算力跨域發(fā)展，加劇了應(yīng)用在移植和優(yōu)化上面臨的困難；不同系統(tǒng)需要單獨編程與優(yōu)化；相同的應(yīng)用需要在不同平臺單獨編程和優(yōu)化；編程復雜度高；異構(gòu)架構(gòu)在負載均衡、同步上需特殊考慮；不同編程語言和接口；程序很難簡單移植。此外，國產(chǎn)超算平臺的移植成本高昂。

對此，鄭緯民教授提出了針對這一問題的建議：加強跨平臺編譯優(yōu)化平臺的研究和建設(shè)、統(tǒng)一并行編程模型和編譯優(yōu)化平臺。一次編程，跨平臺高效運行。

問題三：國產(chǎn)超算平臺支持復雜應(yīng)用全流程計算的能力亟須改善

鄭緯民教授提到大計算往往與大數(shù)據(jù)相伴，不過國產(chǎn)超算平臺軟件支持并不完備，無法實現(xiàn)全流程大數(shù)據(jù)處理與人工智能應(yīng)用的快速移植和部署。此外 I/O 能力也存在不足——比如在由國家并行計算機工程技術(shù)研究中心研制的超級計算機神威·太湖之光上，分鐘級計算完成，卻需要 40 分鐘預處理和載入數(shù)據(jù)。鄭緯民教授的建議是加強國產(chǎn)超算 HPDA 系統(tǒng)軟件的建設(shè)。

問題四：跨超算中心協(xié)同研發(fā)和部署戰(zhàn)略應(yīng)用的能力亟需提升——算力網(wǎng)絡(luò)

針對這一問題，鄭緯民教授提到要建立跨超算中心協(xié)同的戰(zhàn)略應(yīng)用快速研發(fā)支持。高性能專項已支持「國家高性能計算環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用平臺及服務(wù)體系研究與構(gòu)建」等項目設(shè)計和實施跨中心協(xié)同開展領(lǐng)域應(yīng)用的方案。

建立起更廣泛安全的計算與數(shù)據(jù)互連，開展相關(guān)基礎(chǔ)軟件創(chuàng)新，超級計算創(chuàng)新聯(lián)盟也許可以發(fā)揮更大作用。那如何實現(xiàn)這一艱巨任務(wù)呢？鄭緯民教授認為在這之前要先解決兩件事情，第一點就是算力互聯(lián)。算力互聯(lián)要求帶寬高、延遲低。

第二個要解決的是網(wǎng)絡(luò)傳輸問題。以氣象領(lǐng)域為例，氣象領(lǐng)域每分鐘可產(chǎn)生 90GB 數(shù)據(jù)，一天 124TB 的數(shù)據(jù)，如何將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)匠阒行?？兩種解決方案：高速網(wǎng)絡(luò)連接和隨身攜帶。

高性能網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點是體驗好，足不出戶就可以完成數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)；缺點是包年租用價格太貴，100Gbps 專線列表價 266 萬-322 萬/年（含 IP）。隨身攜帶的優(yōu)勢是按需傳送，在可攜帶范圍內(nèi)吞吐量相對較高；缺點是體驗差，需要人員攜帶存儲設(shè)備乘坐交通工具送達，存在多次拷貝的問題。

不過太湖之光數(shù)據(jù)快遞業(yè)務(wù)試點技術(shù)方案（端到端彈性網(wǎng)絡(luò)）已經(jīng)可以帶來不錯的體驗。通過測算，采用 3 條 PON 彈性云專線聚合和云互連傳輸 4T 數(shù)據(jù)需 3.03 小時，初步測算單次傳輸價格低于 1000 元，比現(xiàn)有云專網(wǎng)包月、云專網(wǎng)彈性均具備價格優(yōu)勢，而且提供更好的體驗。

最后，鄭緯民教授表示中國超算已經(jīng)做出了很大的成績，未來再把生態(tài)做好，中國超算也一定會有更好的發(fā)展！