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1、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
2、。发展高性能计算不但可以 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）
3、美国能源部共有 28 个下属实验室，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。2表 1 美国能源部体系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 Labora
4、tory5 Sequoia(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 Laboratory2 Mira(4)Intrepid(47)气候研究、发动机、宇宙、电池3 橡树岭国家实验室Oak Ridge National Laboratory4 Titan(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 NationalLaboratory3 Cielo(18)
5、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 Lab1 Hopper(19) 能源、健康、环境6 桑迪亚国家实验室Sandia National Laboratories5 Red Sky(49)Pecos(70)Chama(71)Dark Bridge(92)Dark Sand(93)核武器、核安全、新材料、国家安全序号 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1 Blu
6、ewater 未参与 TOP500排名；XSEDE 项目领导者2 圣地亚哥超算中心San Diego Supercomputer Center/加州大学圣地亚哥分校1 Gordon(88) 大量使用 SSD3 德州先进计算中心Texas Advanced Computing Center/3 Stampede(7)Ranger(50)Stampede 大量使用了 Intel MIC33、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 NASA Ames 研究中心和美国空 军研究实验室。表 3 美国航空航天体系日本日本是高
7、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 Co
8、mputational 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 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 /K
9、EKSAKURA（41）HIMAWARI(42)6 九州大学 FUJITSU(45)德州大学奥斯丁分校 Lonestar 4(96)4 计算科学国家研究所National Institute for Computational Sciences/田纳西大学1 Kraken XT5(25) 2012 年 Green 500 第一名1 美国国家航空航天局NASA Ames Research Center2 Pleiades(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 Laboratory1 Raptor(34) 军事4R
10、esearch Institute for Information Technology, Kyushu University7 筑波大学Center for Computational Sciences, University 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
11、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 Rechenzentrum1 SuperMUC(6) PRACE 成员DEISA 成员2 德国尤里希研究中心(FZJ)ForschungszentrumJuelich 2 JuQUEEN(5)JUROPA(89)DEISA 成员3 德国斯图加特大学HWW/Universitaet Stuttgart1 HERMIT(27) DEISA 成员4 CEA/TGCC-GENCI, 法国 2 Curie thin nodes(11)IBM(29)PRACE 成员5 法国原子能委员会(CEA)Co
12、mmissariat a lEnergieAtomique 1 Tera-100(17)6 英国 Daresbury 国家实验室Science and Technology Facilities Council - Daresbury Laboratory1 Blue Joule(16)7 英国爱丁堡大学University of Edinburgh2 DiRAC(23)HECToR(35)8 CINECA, 意大利 1 Fermi(9) PRACE 成员DEISA 成员9 巴塞罗那超算中心Barcelona Supercomputing Center1 MareNostrum(36) PRA
13、CE 成员DEISA 成员5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
14、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 26MW，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100
15、TF,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
16、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6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立和发展上呈现出不同的特点。国际超算中心发展特点目前国际上典型的超算中心发展模式有两种：股份制和政府直属，由相 应的国家研究机构自主管理。虽然运营管理模式不同，但建设和运营资金基本来源于政府。美国和欧盟的超级计算中心分别为这两种模式的代表。表 7 美国超级计算中心运营模式建设资金来源 运营资金来源 隶属关系 运营管理模式 典型计算中心 联邦政府 州政府 联邦政府 州政府 依托单位 隶属于国家重点实验室 依托于大学的研究机构 中心自主管理 劳伦斯利弗莫尔（LLNL） 伊利诺斯（NCSA） 表 8 欧洲超级计算中心运营模式建设资金来源 运营资金来源 运营管理模式 典型计算中心 欧盟 中央政府 地方州政府 欧盟项目 中央政府部委 地方州政府 依托单位 企业 股份制 董事会负责决策 执行委员会负责运营管理 芬兰
