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探營亞洲級(jí)計(jì)算機(jī):關(guān)鍵技術(shù)仍靠進(jìn)口
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文章來源:21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào) 更新時(shí)間:2009-6-12
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探營亞洲級(jí)計(jì)算機(jī):關(guān)鍵技術(shù)仍靠進(jìn)口
    6月15日,“魔方”級(jí)計(jì)算機(jī)將正式對(duì)外運(yùn)行,6月10日,記者探訪“魔方”的新家——上海市級(jí)計(jì)算中心的機(jī)房。

  67個(gè)2米左右高、1米左右寬的黑色柜子并排站在100平方米左右的玻璃房里,柜子上各色小燈閃爍,頭頂上是交錯(cuò)密布的電線,房間溫度為22攝氏度,玻璃房外是數(shù)臺(tái)電腦顯示器和穿白衣鞋套忙于調(diào)試機(jī)器的工作人員。

  “魔方”級(jí)計(jì)算機(jī)是中國首臺(tái)國產(chǎn)百億次級(jí)計(jì)算機(jī),型號(hào)為曙光5000A,由中科院計(jì)算所、曙光公司和上海級(jí)計(jì)算中心聯(lián)合研制,研制費(fèi)用達(dá)2億元人民幣。

  曙光5000A峰值計(jì)算能力過每秒200萬億次,全機(jī)總儲(chǔ)存容量大到500TB(千萬億字節(jié)),位列全球快級(jí)計(jì)算機(jī)排行榜TOP500第十,亞洲。目前上快的計(jì)算機(jī)是IBM公司研制的“走鵑”,造價(jià)1億美元,運(yùn)算速度達(dá)每秒1000萬億次,主要用于美國核物理研究。

  級(jí)計(jì)算機(jī)的心臟就是這些黑色的柜子,包括42個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)柜、10個(gè)互聯(lián)網(wǎng)機(jī)柜、15個(gè)存儲(chǔ)機(jī)柜。每個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)柜里裝有200顆CPU、800個(gè)核。

  “魔方”芯片是AMD公司生產(chǎn)的“巴塞羅那”4核芯片、4路刀片系統(tǒng)、8路機(jī)架式節(jié)點(diǎn)和Infinibang高速互聯(lián)的體系結(jié)構(gòu),還采用了低功耗的處理器和內(nèi)存,先進(jìn)的水冷散熱系統(tǒng)和刀片結(jié)構(gòu),可以有效控制用電量。

  曙光6000級(jí)計(jì)算機(jī)正在研制,預(yù)計(jì)2010年將推出千萬億次級(jí)計(jì)算機(jī),曙光6000機(jī)型會(huì)部分采用國產(chǎn)“龍芯”,部分采用AMD或者英特爾芯片。這種混合異構(gòu)體系將“前臺(tái)”處理如編譯與“后臺(tái)”計(jì)算結(jié)合,解決兼容性、成本、耗電等問題。

  “魔方”大用途

  上海級(jí)計(jì)算中心副主任、首席工程計(jì)算工程師李根國博士介紹說,理論、試驗(yàn)和計(jì)算是現(xiàn)在科技創(chuàng)新的三大支柱,而級(jí)計(jì)算機(jī)則是計(jì)算能力的支撐,既可以對(duì)物理現(xiàn)象和模擬,對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)分析,也可以用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)中復(fù)雜的設(shè)計(jì)計(jì)算。

  此前,上海級(jí)計(jì)算中心使用的型號(hào)為曙光4000A,已經(jīng)用于大飛機(jī)研制、核電工程、汽車碰撞過程防震模擬、大型隧道工程的抗震安全評(píng)估。而在數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、藥物作用的微觀機(jī)理研究以及石油勘探數(shù)據(jù)分析等多個(gè)領(lǐng)域,計(jì)算機(jī)模擬是唯一可行的研究手段。

  該中心負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)用戶的副主任袁俊解釋說,比如在氣象預(yù)報(bào)方面,之前都是運(yùn)用衛(wèi)星,地面觀測(cè)站進(jìn)行觀測(cè),根據(jù)過往的數(shù)據(jù)進(jìn)行人工預(yù)測(cè)和判斷,但這樣并不十分準(zhǔn)確。如果運(yùn)用級(jí)計(jì)算機(jī)把過往的數(shù)據(jù)輸入,建造一個(gè)模型,就可以定時(shí)定量的預(yù)測(cè)天氣。

  在氣候動(dòng)力學(xué)方面,級(jí)計(jì)算機(jī)可以模擬未來氣候變化,比如,溫室效應(yīng)在多大程度上會(huì)改變氣候。

  在人類基因圖譜的測(cè)序中,級(jí)計(jì)算機(jī)可以用來分析巨量的人類基因組片段,袁俊說,遺憾的是,現(xiàn)在級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力已經(jīng)過每秒鐘千萬億次,仍然沒法完全測(cè)出具體人類基因組對(duì)應(yīng)的功能,而這正是人類尋找基因組信息的大動(dòng)力。

  以汽車制造為例,運(yùn)用級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)的汽車生產(chǎn)周期已經(jīng)由36個(gè)月降到了18個(gè)月以下。而波音777飛機(jī)的研制周期也從8年縮短至5年,工程返工量減少了50%。

  買軟件花了四千萬

  “魔方”的一些關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)仍然依靠進(jìn)口,比如CPU就是AMD公司生產(chǎn)的“巴塞羅那”。

  中國大型專業(yè)軟件仍靠進(jìn)口的格局也桎梏了級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展。

  “我們二期建設(shè)的時(shí)候買了一批軟件,花了4000萬人民幣。”李根國說。

  此外,“魔方”計(jì)算機(jī),包括此前的曙光4000等系列,都存在一個(gè)損耗率和耗電量的問題。

  一般而言,級(jí)計(jì)算機(jī)的使用壽命約為6年,以“魔方”為例,每年的折舊就大于3000萬人民幣。

  因?yàn)榧?jí)計(jì)算機(jī)的維護(hù)要求不斷電,還有大量空調(diào)降溫設(shè)備,一臺(tái)“魔方”每月的電費(fèi)就要100萬元。此外,“魔方”在維護(hù)方面也很嬌貴,中心配備了十多個(gè)工程師“伺候”它。

  “魔方”必須在較低溫度下才能運(yùn)行,不然就會(huì)“當(dāng)機(jī)”,在李根國看來,級(jí)計(jì)算中心更新設(shè)備好的周期應(yīng)該是一個(gè)通用級(jí)計(jì)算機(jī)為主,另外每年更新1到2個(gè)專用的小型的級(jí)計(jì)算機(jī),這樣是有效率和節(jié)省的。

  助推大飛機(jī)項(xiàng)目

  中國唯一的一臺(tái)“魔方”計(jì)算機(jī)進(jìn)駐上海,大飛機(jī)項(xiàng)目也成為上海級(jí)計(jì)算中心的用戶。

  袁俊告訴記者,中國大飛機(jī)的研制仍處在方案設(shè)計(jì)階段,總體、氣動(dòng)設(shè)計(jì)的為重要手段即是數(shù)值模擬計(jì)算。

  他舉例說,飛機(jī)的機(jī)翼設(shè)計(jì)是很關(guān)鍵的一環(huán),直接決定飛機(jī)的性能水平,如升力、阻力、燃油經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性。

  此次翼型設(shè)計(jì),所有設(shè)計(jì)單位和校核計(jì)算單位無一例外采用了各種計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值模擬手段。共進(jìn)行了27幅翼型,共1000多個(gè)狀態(tài)的校核計(jì)算。

   上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所及其合作伙伴在大飛機(jī)高低速機(jī)翼設(shè)計(jì)、大飛機(jī)翼身組合體設(shè)計(jì)、發(fā)動(dòng)機(jī)吊掛設(shè)計(jì)等方面,也借力級(jí)計(jì)算機(jī)。

  大飛機(jī)研制已經(jīng)展開,其多項(xiàng)研究仍然需要級(jí)計(jì)算機(jī)的配合,包括:氣動(dòng)布局研究、部件、優(yōu)化設(shè)計(jì)、全流場(chǎng)分析、動(dòng)力影響計(jì)算、結(jié)冰計(jì)算分析、氣動(dòng)噪音分析和環(huán)境溫度分析等。

  以2008年年底試飛的國產(chǎn)支線飛機(jī)ARJ21-700為例,凸顯了級(jí)計(jì)算機(jī)的重要性。這或許是上海花巨資構(gòu)建“魔方”的動(dòng)力之一。

  在ARJ飛機(jī)方案設(shè)計(jì)的初步階段,級(jí)計(jì)算加快了研制進(jìn)度,減少了風(fēng)洞試驗(yàn)次數(shù),進(jìn)行了大量優(yōu)化設(shè)計(jì)。在其詳細(xì)設(shè)計(jì)階段,級(jí)計(jì)算機(jī)做的工作包括:對(duì)飛機(jī)的各種部件之間的融合設(shè)計(jì)分析,確定飛機(jī)的不拘形式,如機(jī)翼與機(jī)身融合設(shè)計(jì)、翼尖裝置與機(jī)翼融合設(shè)計(jì)、機(jī)翼或機(jī)身與發(fā)動(dòng)機(jī)短艙掛架融合設(shè)計(jì)等,通過對(duì)部件細(xì)節(jié)優(yōu)化設(shè)計(jì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。僅ARJ飛機(jī)研制過程,曙光4000A就為此項(xiàng)目服務(wù)過5年,使用機(jī)時(shí)過100萬CPU小時(shí)。

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