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中国超级计算机的未来

北京鸿蒙网科技有限公司   2015-11-13 09:22:38 作者:hongmeng 来源:字体大小:[ ][ ][ ]

随着中国在超级计算机技术领域的奋起直追,掌控信息资源能力的不断提升,使得我们有机会利用信息产业在经济增长中的引擎和支柱作用,在此项战略制高点争夺中实现“加速跑”,在当今信息技术创新引领下的新技术革命时代,计算不但是一种能力,更是一种资源。随着有线和无线网络性能的快速提高,“端”+“云”应用模式将快速普及,超级计算就会“无处不在”。


人们可以像水、气、电一样,随时随地地使用。这个背景下,我们需要明白一个道理,在未来,“数据等于材料,计算等于生产”,超级计算机和应用技术的发展将影响中国发展的速度和质量。错过了第一次工业革命、仅赶上第二次工业革命“末班车”的中国,如果能够抓牢以超级计算机技术为代表的第三次工业革命的发展机遇,“中国梦”的实现将不再遥远。信息能力决定全球竞争新格局国际权威调研机构IDC公布的全球2013年HPC市场和发展趋势报告指出,中国HPC市场高歌猛进的态势不可阻挡,自2007年以来,中国超级计算机的应用并未受全球经济衰退的影响,反而高速增长。


我国的超级计算机研制起步于上世纪60年代,经过几十年的不懈努力,高端计算机系统研制已取得了丰硕成果,“银河”、“曙光”等一批国产高性能计算机系统的出现,使我国成为继美国、日本之后,第三个具备研制高性能计算机系统能力的国家。“曙光星云”计算机在第35届全球超级计算机“TOP500”中以每秒三千万亿次的峰值性能成为世界上第二快的超级计算机,超过了IBM的“走娟”系统。而最新发布的全球超级计算机排行榜中,中国的“天河二号”超级计算机运算速度持续大幅领先,夺得榜单首位宝座。


在普通人眼中,全球的超级计算机研发者都只是为了一种单纯的速度比赛,超级计算机排行榜上也呈现着你追我赶的胶着状态。但速度的背后,作为信息技术中的尖端应用模式,超级计算机不但给科研、军事、航天、气象的发展提供了强大的运算能力支撑,在国际高科技竞争日益激烈的今天,高性能计算技术及应用广度已成为提升经济水平,印证综合国力的一种标志。今天的世界,数据已经成为与自然资源、人力资源一样重要的战略资源,隐含着巨大的经济价值、社会价值。这不仅让科技界和企业界视之为生存之本,收集、解释、处理和分析数据的能力甚至会影响一个国家在世界新格局变迁中的位置。当前,第三次工业革命在西方发达工业化国家已初现端倪,智慧城市、移动互联网、云计算、大数据深化应用产生的经济增长点不容小视,世界各国都意识到新技术出现即将形成变革的力量。这也给了中国超级计算一次难得的腾飞机会。虽然发达国家再次凭借“先发优势”抢占了改变全球信息产业竞争格局的先机,但全球经济复苏步伐缓慢的客观现实,也制约了欧美信息产业的发展速度,这使得中国在以超级计算机为主导的信息产业战略制高点的争夺,更加激烈且充满机会。


同时,必须看到,我国超算应用市场还处在快速上升阶段,市场整体规模在全球所占的比重还很小。随着超级计算技术的发展,超级计算机的应用正逐渐向信息服务和数据处理延伸。然而,超级计算机在中国的应用还仅限于传统的科学和工程计算,在数据处理上的应用还很少,这正是我们需要进一步努力的方向。超算将成为未来信息系统的基础如何将计算能力应用于人们的生产、生活,拓宽数据资源的挖掘渠道?如何“普惠于民”?这些命题都赋予了中国超级计算产业引领创新驱动,助力国家深化改革和经济持续增长的“新任务”。比如,基于生态低碳、文化创意和物联网、云计算等高新技术的新型城镇化则是“智慧城市”的一个“细胞”,它将是一个以人为本、以城为道、以镇为路的智慧管理服务系统。这种分布式的信息化系统需求,正好切合了云计算的发展方向。


教育云、农业云、产业云、行业云、园区云、企业云等多领域的智慧应用,都可以成为智慧城市落地的抓手,为推进新型城镇化提供了动力。在推动智慧城市与新型城镇化建设之外,超级计算的另一个重要发展方向就是“大数据”(Big Data)。它已经成为IT领域和互联网上反复提及的热词,2011年的数据量更是高达1.82ZB(十万亿亿字节),远远超过人类有史以来所有印刷材料200PB(千万亿字节)的数据总量。围绕着大数据海量化、多样化、快速化和价值化的特征,我国超算领域的关注重点也应从追求计算速度转变为大数据处理能力。具体而言,帮助不同行业用户解决具有行业特殊需求的应用问题,帮助他们尽快迈过技术应用的门槛,将是中国大数据应用和产业发展的“胜负手”。在2013年5月,借助超级计算、云计算领域的领先优势和经验积累,以“应用”二字为根基,曙光制定了“平台一体,智汇应用”的行业大数据发展战略,并推出了XData大数据一体机、XData-Hadoop大数据处理软件等自主可控的创新产品,从数据收集、数据存储、数据分析、数据应用等方面构建了完整的大数据生态环境。这些“定制化”的大数据应用解决方案,依托高性能计算机的速度优势,帮助政府、金融,和众多企业用户从海量数据中挖掘出了宝藏。


在舆情分析应用中,国家某部门通过大数据解决方案构建的舆情分析系统,采用社会化行为分析技术实现了大规模群体信息的统计分析、趋势研判。通过大数据一体化产品对海量文本、图像、视音频等数字化内容进行集中存储和智能检索,实现了公安业务信息数据的深层次挖掘。另外,利用大数据技术的碰撞比对、频率分析、语义分析、多维融合、深度挖掘等创新特性,改变了传统情报分析中的逻辑推理、综合统计、比较联系、特征解释等相对落后的技术手段,实现了各要素之间的深度关联和智能判断。在金融创新应用中,中国银联面对激增的刷卡交易量,利用商户评分、持卡用户兴趣分析等新业务需求,构建了大数据一体机。利用支持海量数据访问的Hbase和分布式文件系统(HDFS)打造了高并发、高可靠的网络传输和存储层,并将数据保存时限提升了一倍。


另外,该系统还支撑了350TB(万亿字节)原始刷卡信息存储容量、实现了50万每秒的记录稳定导入速度,以及随机单条记录“毫秒级”返回,万级别查询5秒内返回的惊人速度。2013年,我国出现了一批抢滩登陆大数据应用的IT企业,在率先试水的行业用户和政府相关部门的共同努力下,中国在大数据元年顺利脱离了“概念层”,行业大数据应用已然构建出一张四通八达的智慧网络,并赋予城市建设和管理者拥有大规模数据存储、活性以及解释、运用数据的能力。


向上,大数据正在成为智慧城市落地的支点;向下,大数据汇聚的各项创新应用已经创造出巨大的商业价值、经济价值和社会价值。不断破题的中国超算产业处于发展中国家前列的中国,中国超级计算机技术一直处于不断思考破题和实践矫正的过程中。


目前,在三方面亟待完善和突破:首先,中国的超级计算产业链尚不完善,经济产出总值还比较小。全球信息产业已正式进入“全产业链”竞争时代,超算领域的核心竞争力不再只是来自于单项优势技术或产品,某一台机器快慢的影响力,与产业链整合能力相比,不再是决定竞争成败的关键。能否向产业链上下游环节有效延伸和施加影响,已成为超级计算融合创新应用,进而发挥价值的基本要求。例如:2012年中国大数据市场增长率为52.4%,市场规模达到了3.2亿元,但相比全球份额来说微乎其微;2012年我国电子政务市场规模达到1390亿元,同比增长17.3%,在全球电子政务调查报告中的排名已经由2008年的第65位,降低到2012年的第78位。


种种迹象表明,我们在利用超级计算结合行业应用的进程中,撬动底层体制变革的“杠杆”力度还有待加强,经济贡献急需突破。其次,在我国的“智慧城市”大潮中,存在着设计内容贪多、运行周期过长、风险控制较弱的问题。根据IDC的统计,2013年中国智慧城市市场规模将达到108亿美元,预计2015年将达到150亿美元,2013~2015年年复合增长率将达到18%。而根据发改委等主管部门联手编制的《全国促进城镇化健康发展规划(2011-2020)》透露出的信息,未来几年,与此相关的智慧城市建设投资将超过2万亿元。但在全国范围的“智慧城市”建设热潮下,具体建设都面临着关键技术与高端产品相对落后,尚无规范的顶层设计标准,尚未形成国家级示范项目等多方挑战。特别是在智能传感器、RFID、智能仪器仪表与测量控制、嵌入式软件等方面,研发水平还相对落后,并且集成电路芯片有80%以上还只能依靠进口。


另外,我国超算一直存在着软环境不佳的状况。有人曾用“高速公路上跑拖拉机”来形容超算的软件应用状况,似不为过。在政策环境上,我国在超算研发经费预算中,只有不到10%的经费用于开发应用软件,而美国这一比例为30%。我们应在加快研发、建设的同时,更加重视超算的软环境建设。最后,安全问题将成为超级计算应用领域的最大瓶颈,没有安全保障,智慧城市、云计算或是大数据必将成为大问题。在我们对“棱镜门”口诛笔伐的同时,很多人忽视了一个关键的问题,正是有了超级计算的存储和分析保障,才让美国的“棱镜”项目得以实施。因此,我国超算的未来发展,将有赖于一个科学、合理的信息安全政策,更依靠自主创新、安全可控的产业通道。只有采取积极的迭代演进模式,产、学、研、用多管齐下,才能逐步实现信息系统的安全可控。

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