中国高性能计算

　　近年来，随着互联网技术的迅猛发展◆◆■，互联网每天产生的数据量呈爆炸式增长。以几个典型公司为例：淘宝网每天交易达数千万笔，其单日数据产生量超过 50 TB；百度每天大约要处理 200 亿次搜索请求，处理数据量达数百 PB；腾讯网日覆盖人数超过 1．5 亿★■◆◆，腾讯视频月总播放量达 800 亿次★★◆■；Facebook 注册用户超过 20 亿，每月上传的照片达数百亿张■◆◆■。根据国际数据公司（IDC）预测★■★，到 2025 年◆◆■■■★，全球需要管理的数据量将超过 160 ZB■◆★。如何有效对这些数据进行加工将成为一大难题。

　　数据密集型新兴行业应用快速发展，是近年来高性能计算应用日益广泛和深入的主要特征★■◆。新兴高性能行业应用◆◆，在高性能计算系统技术创新、计算环境创新与应用创新等各个层面，都带来了新的挑战与机遇。文章在系统总结领域应用进展的基础上，概括了新兴行业应用的技术特点与挑战★★★◆★，提出了加大高性能计算系统核心技术创新力度■★、构建面向新型应用的高性能计算环境、大力推进高性能应用软件研发★■、大力推进传统应用的新方法开发，以及大力推进大数据人工智能等新领域基准评测工具研发等发展战略建议。

　　在竞争日益激烈的国际环境下，自主可控和开放合作是发展科技产业的双翼，同等重要◆★◆★★。自主可控让我们无后顾之忧；开放合作则允许我们充分开展全球分工与合作，获得竞争优势◆★◆★★。文章分析了计算机产业发展史上的重要技术创新：移动芯片 ARM 和移动操作系统安卓（Android），以及正在发展的智能计算机产业，探讨了新的国际竞争环境下如何才能建立有竞争力的应用科学技术体系。文章认为：（1）只有从源头或者主干开始的基础性技术创新才可能真正做到自主可控，并充分享有国际分工与合作的好处；智能计算机是中国建立自主可控和开放产业的一个机会。（2）只有改变评价体系，从机械地统计论文数目和引用转向重视从源头或者主干开始的基础性技术创新★◆■★◆★，改变头重脚轻的学科布局，重视知识产权保护，充分利用国际智力开展分工与合作，才能建立具有国际竞争力的应用科学技术体系◆◆◆★。

　　以互联网■◆★★、大数据■◆★■、人工智能、量子信息、移动通信、物联网◆★★、区块链等为代表的新一代信息技术日新月异★◆◆■◆，给各国经济社会发展★■、国家管理、社会治理★◆、人民生活带来重大而深远的影响◆★■★■。新一轮的科技革命和产业变革正在信息技术革命不断深化的基础上蓬勃展开■◆◆，可以说★◆，信息技术突破和应用仍是当前及未来一个较长时期内各国科技战略必争之地。而要实现新的信息技术突破和广泛应用，必须牵住高性能计算这一信息技术革命的“牛鼻子■★■◆”。

　　近年来，随着互联网技术的迅猛发展■■◆，互联网每天产生的数据量呈爆炸式增长。以几个典型公司为例：淘宝网每天交易达数千万笔◆◆，其单日数据产生量超过 50 TB；百度每天大约要处理 200 亿次搜索请求◆■，处理数据量达数百 PB；腾讯网日覆盖人数超过 1．5 亿，腾讯视频月总播放量达 800 亿次；Facebook 注册用户超过 20 亿，每月上传的照片达数百亿张。根据国际数据公司（IDC）预测，到 2025 年，全球需要管理的数据量将超过 160 ZB◆◆★■■◆。如何有效对这些数据进行加工将成为一大难题◆★★■◆。

　　高性能计算技术和产业逐步发展，不断繁荣，从仅服务于国家战略部门对性能巅峰的需求到兼顾市场驱动★■■◆★◆、应用推广和产业化推进★◆■，中国高性能计算翻越了打、打破垄断和引领创新的“三座大山”，逐步缩小了与国外先进研制水平的差距■■★，并在整机系统设计和关键技术上取得了世界领先的成就。文章分析了超算发展的趋势和曙光机的发展之路，将高性能计算机发展的挑战总结为 2 点：摩尔定律失效前可持续地构建E级系统，以及后摩尔定律时代超算系统的革命性技术。针对这些挑战，文章进而围绕“面向世界科技前沿，面向国家重大需求，面向国民经济主战场”阐述了关于高性能计算机发展的政策建议。

　　数据密集型新兴行业应用快速发展，是近年来高性能计算应用日益广泛和深入的主要特征★■■■■。新兴高性能行业应用，在高性能计算系统技术创新、计算环境创新与应用创新等各个层面■★■，都带来了新的挑战与机遇■■★■。文章在系统总结领域应用进展的基础上★★★◆，概括了新兴行业应用的技术特点与挑战，提出了加大高性能计算系统核心技术创新力度◆■★★◆、构建面向新型应用的高性能计算环境、大力推进高性能应用软件研发、大力推进传统应用的新方法开发，以及大力推进大数据人工智能等新领域基准评测工具研发等发展战略建议★★。

　　超级计算历来是衡量一个国家科技水平和创新能力的重要标志，也是促进社会经济可持续发展、产业转型升级和提高人民生活水平的重要手段之一。在国家政策大力支持下，近 10 年来的中国超算产业迎来了飞速发展的阶段，在某种程度上达到了国际先进水平。文章回顾近 10 年来国内外超算产业的发展现状，解读我国超算行业所面临的机遇与挑战◆■◆■。在分析了未来超算产业发展的技术趋势后，从政策、产业和技术等角度为中国超算产业在E级计算时代的爆发提供了产业政策的相关参考建议◆■◆★◆◆。

　　现代科学研究和工程技术中，高性能计算应用将建模★◆★、算法、软件研制和计算模拟融为一体，已成为高性能计算机实现在重大科学发现的前沿基础科学研究领域应用的必要纽带。文章从高性能计算机的发展趋势◆■◆、不同科学计算应用对高性能计算机的需求谈起■■◆◆★★，回顾和剖析了来自中国科学院多个学科的科学家协同通关■■★★，发挥学科深度交叉的优势◆■■■★■，在“曙光1000◆◆■■◆◆”并行计算机上完成了多个应用软件并在天然DNA 的整体电子结构理论计算、激光晶体材料（LBO）电子态理论分析及广义本征值并行计算等方面取得了令人瞩目的高水平成果的案例◆■■◆。多年来，中国科学院始终位列我国科学计算应用发展的前沿。在应用水平★◆◆★★、计算规模及成果显示度均取得了长足进步的背景下，文章选取了大气科学、生命科学、高能物理、计算化学和材料科学等典型传统科学计算应用，从科学家的视角对它们的现状、领域发展促进及未来趋势作了介绍，以期能引发读者更深入的思考与关注。最后，提出了进一步发展我国科学计算的若干建议。

　　★■“高性能计算”，包括硬件、软件◆◆★■◆、算法、应用、产业生态环境等，不仅仅限于构建“高性能计算机★■”——一字之差反映不同的战略思维。高性能计算本身就是国家的战略重器，涉及的战略性问题很多。

　　高性能计算技术和产业逐步发展◆◆，不断繁荣，从仅服务于国家战略部门对性能巅峰的需求到兼顾市场驱动、应用推广和产业化推进，中国高性能计算翻越了打、打破垄断和引领创新的“三座大山”★■◆■★◆，逐步缩小了与国外先进研制水平的差距★◆■★■，并在整机系统设计和关键技术上取得了世界领先的成就。文章分析了超算发展的趋势和曙光机的发展之路，将高性能计算机发展的挑战总结为 2 点：摩尔定律失效前可持续地构建E级系统，以及后摩尔定律时代超算系统的革命性技术。针对这些挑战，文章进而围绕“面向世界科技前沿，面向国家重大需求，面向国民经济主战场”阐述了关于高性能计算机发展的政策建议。