"天河二号"夺冠超级运算应用不断扩大

昨天广播报道"天河二号"夺冠

“天河二号”成为全球最快的超级计算机。天河二号中主要的计算芯片用的是intel芯片，就单个芯片来说它的速度能达到intel商售芯片的速度，但不能超过。所以它的速度‘夺冠’只能靠芯片多-大量芯片齐上阵。如何作到‘齐上阵’，这里提高计算平行度成了关键。

李国杰院士说过：中国发展高性能计算机，关键在推广应用。

宣传计算机成绩就应该突出应用，因为它是关键。广播宣传‘已在商用大飞机设计、基因测序等方面成功应用。通过天河二号，中国商用飞机在国际上首次实现了全机复杂构型高精度大规模数值模拟；…’，这样宣传多少有点忽悠。‘首次实现’绝对是自编，自夸。

从广播影视上的计算网格看，这一飞机计算是基于NS方程。NS方程是微分方程，索求的是解析解。解析解是连续的，全场各点的值彼此相连，要解就必须同时解。当年计算机容量小，只得将方程式简化又简化，最后变成只剩几个变量的线性代数方程式，这倒可用Gauss消去法得到‘同时解’。这样的解当然不是‘高精度’，要得到NS方程的高精度解唯有迭代。先计算一楼对二楼的影响，再计算二楼对三楼的影响，… 。因为按解析关系，影响是相互的，你就得再考虑楼上对楼下的影响。上上下下，来来回回反复迭代，直到近乎平衡（收敛），得到实用上可以接受的近似解。这样的算法平行度随cpu增加迅速下降，实用上最多用到64个cpu。计算机大，可以同时多算几架飞机，但它所需的时间与具有64核的小计算机一样，快不起来。

这次天河二号计算的飞机是 C919，标配168座的客机。我们也在算飞机，TU204标配196座，比它大，但用的计算机比它小，速度则一样。而我们得到的计算精度已超过国外

因要求计算的工况多，计算量大，所以亦曾与多家超算中心联系，但都因技术或是管理问题而未成（我们联系超算唯一的原因是新机调试期间可以免费）。

对流体计算如何提高平行度? 上面说了要走微分方程的路有困难，但先人们已经以大群‘粒子’作为物质模型建立了‘分子运动论’，它以分子两两相碰作为运动的基础。一个分子只需考虑与它相碰的分子的作用，别的分子暂时就不管。这样的模型在同一时刻每个分子最多只考虑与它相碰的分子，别的不管就没有‘牵一发而动全身’的问题，于是各个分子可以各归各的计算了。由此改进而成的波尔茨曼方法，为适应数字计算最后又形成格子波尔茨曼方法-LBM，它们都保留了每步都可以各归各计算的特点。这是利用多cpu计算机它的平行度就可以不致因cpu增加而降低，cpu的利用率几乎不受计算核数的增加而变小。由于微电子技术的进步，计算机的核数几乎在‘无限制’增加。这就是说，如果采用LBM计算流体力学，计算机的超级性能就有可能发挥。最近我们与上海大学合作在济南‘神威蓝光’超级计算机上做了一次三维绕流的平行计算试验，结果如下：

 规模4：26亿(2,600,000,000)

核数：1625、8125、16250、32500、65000、130000

图4.1. 固定规模4的加速比

这次试验最多用到13万核。如果有更多核可容我们同时使用，相信上面的图线将会按直线继续延伸。

 科技部高新司长赵玉海在广播上说：‘研制世界上运算速度最快的超级计算机并不是我们唯一的目的，那么更重要的是要把超级计算机应用到科学研究和国民经济各个行业当中去…’。这与2001年的高新司长曹学军所说：‘已经成功（应用）就不归科技部管了’相比，把‘应用’列为‘更重要’。变化之大，真叫人难相信自己的耳朵。

宣传应该实事就是，不要将小计算机上能算的课题都算作‘超算’的功劳。记得十五年前北大的国家湍流重点实验室来了一位新主任，坚持要添置微机组建的机群。刚开始拿国外已经算过的程序来算，很热闹。一阵热闹过了就很少有人来用了，因为并行程序要自己编太费事。但有一位老师却常常去用这台128单元组成的cluster，只是她不太在行，交换器的电门未打开就开始她的‘平行计算’了。只有其中一台PC在工作，不过这也算机群的应用。这次对天河二号超算机应用宣传的第一项，‘商用大飞机设计’，其应用水平与上面提到的老师相同。

陈国良院士说：‘我对国内HPC产业的评价是三句话’  

硬件领先于软件；应用比较薄弱；应用效率低下

所以不论怎么说，高新司长能把应用看作科技部‘更重要’的任务是我们领导思想的大进步。