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1、国内外超级计算中心发展模式的研究和建议冯桂安 上海投资咨询公司林新华 上海交通大学概要：通过对美国、日本、欧盟超级计算中心发展模式的总结，梳理了我国超级计算中心建设情况和运营模式，在总结我国超级计算中心所取得的成效同时，针对其在成果应用、人才集聚以及经济促进等方面存在的发展瓶颈原因进行分析，对我国超算中心建设发展在管理机制和政策保障等方面提出建议，为我国超算中心建设和发展提供借鉴。关键词：高性能计算 超算中心 发展模式高性能计算在科学研究和产业领域具有广泛的应用和重要地位。高性能计算机（又称“超级计算机”）是为解决挑战性问题提供超强计算能力，性能最高、容量最大、功能最强的计算机系统。发展高性能
2、计算不但可以带动计算技术本身向更高水平迈进，更重要的是可以促进经济发展、科技创新、国家安全等方面一系列问题的解决。高性能计算发展水平是衡量一个国家科技实力的重要标志，是国家科技创新体系的重要组成部分。超级计算中心已成为世界各国（特别是发达国家）竞相争夺的战略制高点。一、国内外主要超级计算中心基本情况美国美国是高性能计算领域的霸主，其超算中心布局基本上可分为三大体系：美国能源部（DOE）下属六大国家实验室；美国国家科学基金会（NSF）支持的依托于高校的超算中心；围绕航空航天领域的超算中心，如美国国家航空航天局（NASA）下属Ames研究中心等。1美国能源部（DOE）美国能源部共有28个下属实验室
3、，其中11个为国家实验室，拥有世界级超级计算机的主要有6个。其超级计算机体系结构的构思、设计、建造以及运维等方面在世界上无出其右。表1 美国能源部体系序号依托机构数量超级计算机( 排名)研究领域1劳伦斯利弗莫尔国家实验室Lawrence Livermore National Laboratory5Sequoia(2)Zin(29)Dawn(52)Cab(63)Vulcan(65)核武器、核安全、天文、能源、人类基因组、气候变化2阿贡国家实验室Argonne National Laboratory2Mira(4)Intrepid(47)气候研究、发动机、宇宙、电池3橡树岭国家实验室Oak Rid
4、ge National Laboratory4Titan(1)Jaguar(6)Gaea C2(40)GaeaC1(85)新能源、气候变化、蛋白质、超新星，核聚变，光合作用4洛斯阿拉莫斯国家实验室Los Alamos NationalLaboratory3Cielo(18)Roadrunner(22)Luna(64)武器研发、物理、核安全5劳伦斯伯克利国家实验室Lawrence Berkeley National Lab1Hopper(19)能源、健康、环境6桑迪亚国家实验室Sandia National Laboratories5Red Sky(49)Pecos(70)Chama(71)Da
5、rk Bridge(92)Dark Sand(93)核武器、核安全、新材料、国家安全2美国国家科学基金会（NSF）美国国家科学基金会（NSF）正在推行一项5年12亿美元名叫XSEDE1项目，通过与美国16家高校及研究机构的合作，为世界各地的科学家提供免费的、最高性能的超级计算资源。表2 美国国家科学基金会体系序号依托单位数量超级计算机（排名）备注1国家超算中心National Center for Supercomputer Applications/伊利诺伊大学1Bluewater未参与TOP500排名；XSEDE项目领导者2圣地亚哥超算中心San Diego Supercomputer C
6、enter/加州大学圣地亚哥分校1Gordon(88)大量使用SSD3德州先进计算中心Texas Advanced Computing Center/德州大学奥斯丁分校3Stampede(7)Ranger(50)Lonestar 4(96)Stampede大量使用了Intel MIC4计算科学国家研究所National Institute for Computational Sciences/田纳西大学1Kraken XT5(25)2012年 Green 500 第一名3、航空航天以美国国家航空航天局（NASA）为代表等的国家机构、企业和大学等研发机构也都在开展为数不少的超级计算项目，代表有N
7、ASA Ames研究中心和美国空军研究实验室。表3 美国航空航天体系1美国国家航空航天局NASA Ames Research Center2Pleiades(14)Discover(53)天文、航天、天体物理学、气候变化2美国空军研究实验室Air Force Research Laboratory1Raptor(34)军事日本日本是高性能计算强国。从上世纪80年代中期开始，日本研发的超级计算机在性能方面就屡次超越美国。日本在超级计算机研发和使用方面，有两股学术势力在竞争，一是以本土化研发主机为载体，另一是采用国际通用型CPU组建主机。两股力量彼此竞争，促使日本成为继美国之后在超级计算机研制方面
8、水平最高的国家。日本没有大型的公共高性能计算平台，超算中心主要依托于专业研究机构和高校。目前，日本的文部科学省（MEXT）正准备启动一项面向2020年部署的E级超级计算机的计划2。表4 日本超级计算机分布情况序号依托单位自研主机通用性主机1日本理化学研究所RIKEN Advanced Institute for Computational Science (AICS)K Computer（3）2国际聚变能研究中心(IFERC)International Fusion Energy Research Centre Helios（15）3东京工业大学GSIC，Tokyo Institute of
9、TechnologyTSUBAME 2.0（17）4东京大学Information Technology Center, The University of TokyoOakleaf-FX（21）5高能加速研究机构High Energy Accelerator Research Organization /KEKSAKURA（41）HIMAWARI(42)6九州大学Research Institute for Information Technology, Kyushu UniversityFUJITSU(45)7筑波大学Center for Computational Sciences, U
10、niversity of TsukubaHA-PACS（51）欧盟欧盟在高性能计算软件和应用上都很有特色。PRACE 3、DEISA4等高性能计算研究计划是面向领导层的高性能计算战略，为欧盟高性能计算行业发展奠定了坚实的基础。欧盟承诺投入40亿欧元推进的PRACE项目，致力于提供世界级的计算资源和数据管理服务，并为提高计算系统能效和减少环境影响作出努力。表5 欧盟主要超算中心分布情况序号依托单位数量超级计算机（排名）备注1德国莱布尼兹超算中心（LRZ）Leibniz Rechenzentrum1SuperMUC(6)PRACE成员DEISA成员2德国尤里希研究中心(FZJ)Forschungs
11、zentrumJuelich 2JuQUEEN(5)JUROPA(89)DEISA成员3德国斯图加特大学HWW/Universitaet Stuttgart1HERMIT(27)DEISA成员4CEA/TGCC-GENCI, 法国2Curie thin nodes(11)IBM(29)PRACE成员5法国原子能委员会(CEA)Commissariat a lEnergieAtomique 1Tera-100(17)6英国Daresbury国家实验室Science and Technology Facilities Council - Daresbury Laboratory1Blue Joul
12、e(16)7英国爱丁堡大学University of Edinburgh2DiRAC(23)HECToR(35)8CINECA, 意大利1Fermi(9)PRACE成员DEISA成员9巴塞罗那超算中心Barcelona Supercomputing Center1MareNostrum(36)PRACE成员DEISA成员中国我国关于高性能计算发展战略主要由国家科技部主导，纳入国家高技术研究发展计划（863计划），以5年为周期，通过部省（市）合作计划开展主机研制工作5。目前我国公开拥有P级以上计算能力的超算中心有5家单位，分别是国家超级计算天津中心、国家超级计算深圳中心、国家超级计算济南中心和国
13、家超级计算长沙中心和中国科学院过程所。作为第一轮863高性能计算机研制计划的布局，中国科学院超算中心（北京）和上海超算中心分别拥有150T和200T的高性能计算机。目前国防科大正与广州市联合开展第三轮863计划下高性能计算机的研制工作，预计首期新超级计算机的计算能力可达40P。表6 国内主要超算中心情况序号单位主机规模配用电量主要应用领域备注1国家超级计算天津中心4.7PF(8)，天河6MW，主机4.3MW石油勘探、高端装备研制、生物医药、新能源、新材料、气象预报、动漫设计等科学研究和工程计算面世时“天河1A”排名全球第一2国家超级计算深圳中心（深圳云计算中心）1.2PF(12) ,曙光配电2
14、6MW，主机3.6MW高性能计算：天文，海洋，核电、工程等香港、澳门、广东用户；云计算：鹏云系统，市民，政府，中小企业电信运行商合作、100G带宽；4.3万平米总建筑3国家超级计算济南中心1PF(28)，神威蓝光100TF,浪潮神威蓝光1MW，其它1MW海洋环流、天气预报，生物医药、农业生态、金融计算等神威蓝光全自主，水冷，低功耗4国家超级计算长沙中心1PF（30），天河主机2MW， 公共服务中心，云计算中心，灾备中心；1/4的资源用于舆情监测湖南省、国防科大、湖大共建 5上海超算中心200TF，曙光主机1.3MW公共服务平台在国内开展服务时间最长、范围最广6中科院网络中心超算（北京）150TF，联想主机0.8MW面向中科院体系，服务科学研究各领域中科院内部研究所计算资源体系建设二、国内外超级计算中心发展特点超算中心将有助于吸引更多的优秀科学家、工程师、研究人员集聚到超算中心开展工作，随之带来的好处包括通过研发更有竞争力的产品以及服务从而促进经济的发展，同时，加强本国的安全和国防力量6。虽然世界各国对超算中心所带来的成效都有普遍的认同，但由于发展条件的差异，国际超算中心与我国超算中心在建
