科普 | 被薛其坤院士“种草”的神威E级原型机系统到底是什么？

以下文章来源于济南超级计算技术研究院，作者JNIST

日前，在“好客山东好品山东”2023北京推介活动上，中国科学院院士、南方科技大学校长、清华大学教授薛其坤结合自己的专业领域、工作经历，通过对话方式，向大家讲述了自己与山东的故事，推介山东的科技“智”造。

他在分享中说：“2022年，山东参与研制的世界首颗量子微纳卫星，以山东省会‘济南’命名发射升空。山东预见性地看到量子科技的发展前景，正信心满满布局让人期待的量子信息技术。作为一个山东籍的科研工作者，我倍感骄傲！我的家乡不仅布局量子科技，还诞生了很多重大科技成果，在烟台试航成功的蓝鲸2号，是全球作业最深的半潜式钻井平台；在青岛驻泊的‘蛟龙号’，创造了载人潜水器7062米的深潜纪录；在济南启用的新一代神威E级原型机系统，采用国家自主芯片研制。我想对世界说——会当凌绝顶，一览众山小，这就是高速发展的山东！”

E级超算是什么？

其中，薛其坤院士在讲述中特别提到在济南启用的新一代神威E级原型机系统。那么，什么是超级计算机？E级超算究竟又是指的什么？

超级计算机，又称高性能计算机，是由成百上千乃至更多的处理器组成的、能够执行一般个人电脑无法处理的大量资料与高速运算的巨型计算机，其主要特点表现为高速度和大容量，配有多种外部和外围设备及丰富的、高功能的软件系统。因此，“大”是大家对超级计算机的直观印象。中国工程院院士郑纬民介绍，超级计算机算力强，功能也很强，与之相伴的体积也不小。超级计算机的机柜体积就相当于我们大冰柜一样，几十上百个机柜共同组成超级计算机。

而所谓E级超算，是指能在一秒钟实现百亿亿次数学运算的超级计算机，它代表着当今高性能计算的顶尖水平。早在2008年，国际高性能计算界就提出了E级计算机的议题，并开始了研讨和预研工作。世界各国也纷纷设立E级超算相关研究专项，包括美国的ECP、欧洲的EuroHPC、中国的“高性能计算专项”等。

当前，超级计算机已经成为各国在信息时代竞争的技术制高点，在经济建设、社会发展、科技进步、国家安全等领域发挥着重要作用，不仅是一个国家科研实力的体现，同时也是国家科技发展水平和综合国力的重要标志。

郑纬民院士指出，我国超算的实力毫无疑问处于国际第一梯队。在日前发布的最新一期全球超算500强榜单中，我国超级计算机总数达到了104台，位列全球第二。

神威E级原型系统落成启用

2018年，在国家重点研发计划支持下，国家并行计算机工程技术研究中心联合国家超级计算济南中心等团队经过两年多的关键技术攻关和突破，处理器、网络芯片组、存储和管理系统等核心器件全部国产化的神威E级原型系统研制成功，并在国家超级计算济南中心完成部署并投入使用。神威E级原型系统的成功研制为我国研制下一代E级超算的方案和技术路线进行了全面系统验证并成功铺平了道路。

神威E级原型系统的峰值性能达到每秒浮点运算速度3.13 PFlops，在Linpack测试中持续性能达到每秒浮点运算速度2.556 PFlops。系统软件由完全自主研发的神威睿思操作系统、神威睿智编译器等构建，并首次在国产超级计算机上构建了人工智能软件生态链，基于神威深度学习库和框架，开展了对弈系统、医疗影像识别、机器翻译多个大规模人工智能应用，其中机器翻译应用的数据规模、并行规模和训练速度世界领先。

截至目前，神威E级原型系统已完成包括全球气候变化、海洋数值模拟、生物医药仿真、大数据处理和类脑智能等十二个领域的35项重大计算任务。其中，22项应用具备扩展到E级计算机整机规模的能力，6项应用曾成功入围被称作超级计算应用领域诺贝尔奖的“戈登贝尔奖”。

E级超算的“亿点点”用途

E级超算之所以广受关注，一方面因为它体现了各国的综合国力和科技创新能力；另一方面也在于它强大的能力。E级超算可在气候科学、可再生能源、基因组学、天体物理学、军事以及人工智能等领域“大显身手”，国家超级计算济南中心副主任、济南超级计算技术研究院院长潘景山作了个有趣的总结：“算天，算地，再到算人，未来是一切皆可算”。

随着全球气候变暖的持续，局部地区的暴雨、PM2.5超标、超强台风等极端天气事件可能会逐渐增多，因此，准确且及时的天气预报在生活中的重要作用尤为明显。国家超级计算济南中心副主任郭莹表示，大约10年前，山东省的天气预报可预测5公里范围，济南地区的则可以达到3公里内。“现在我们已经具备了精准预报到1公里以内的能力。”郭莹坦言，用超算来计算天气变化情况，实际上是将研究区域进行立体网格化处理，将网格划得越细密，预报的精确度就越高。依托E级超算的强大算力，从过去的5公里缩至现在的1公里，看似只有4公里的差距，算力却提高了不止100倍。类似“东边日出西边雨”的情形，很容易就被测算了出来。

相较于天气的诡谲多变，超级计算机在地面上的应用就要更普遍些。作为很多人出行首选的高铁，时速已达350公里，远超飞机起飞时200-300公里的时速。那么，高铁建造成何种外形可以抵抗突如其来的横风？两条并行的铁轨间距离究竟多大，既可以避免两辆高铁会车时发生碰撞，又不会太远导致土地浪费……为解决这些问题，如果通过真正的实验，会遇到大自然的横风很难模拟以及实验成本过高等问题，但通过超算建立仿真模拟模型进行计算测试，这些问题就能一一被高效的解决。

而在“算人”方面，济南超算科研团队通过基于超算开发的人工智能模型对大量病理切片进行学习，从而帮助医生快速准确地识别癌症。目前，人工智能模型已经可以判断包括宫颈癌等癌症。

从2011年国内首台完全用自主CPU构建的千万亿次超级计算机“神威蓝光”，到2018年实现了从处理器、网络芯片组、存储和管理系统等核心器件完全国产化的“神威E级计算原型系统”，再到2021年建成的新一代山河超级计算平台，济南超算已成为山东省新一代信息技术、医养健康、高端装备、新能源新材料、智慧海洋等新旧动能转换重大工程“十强”优势产业发展的算力引擎。

济南超算播撒超算科普种子

说了这么多，大家是不是发现“高大上”神威E级超级计算机距离我们的生活并不遥远？她正在从星辰大海走来，走进寻常万家灯火。如何更进一步走进超算、了解超算，深入探寻E级超算的神秘面纱呢？国家超级计算济南中心的一支专业水平高、科普实力强的科普团队，正搭建起超算科学家们与社会公众交流的平台。

“我们发现，现在很多年轻人会追星，但追星的群体往往是娱乐化的偶像明星，而我们希望能让大众更多地了解我们的科学家是多么优秀”济南超算科普研学实践基地主任王吉森表示，此前联合山师附中共同举办“超算星偶像”科普活动，邀请国家超级计算济南中心青年科学家走进中小学开展科普讲座，讲述“我与超算的不解之缘”“我的求学时代”“我眼中的科技强国”“我的人生规划”等内容，从而帮助同学们树立追求优质偶像的意识和正确的价值观。

“为了让同学们更加深入了解薛其坤院士口中所说的E级超算，我们还策划打造了‘超算小小工程师’课程”王吉森介绍到，让同学们“全副武装”化身“超算工程师”，通过全沉浸式的角色体验，与“大国重器”零距离接触，对机房内部的超算服务器开展运维、巡检等工作。用亲手触摸、组装“神威”超级计算机服务器等方式，认识超级计算机的核心组件，了解超级计算机运行原理，感受超级计算机的科技魅力。

目前，济南超算正通过打造“我与超算零距离”“开学第一课”“科学家面对面”等一批精品科普课程，与中小学签订一批科普学校合作等多种途径途径，逐步成为向社会弘扬社会主义核心价值观，营造热爱科学、崇尚科学良好氛围，展示超级计算大国重器神奇魅力的科技窗口。

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创建时间：2023-12-01 08:25

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