中国高性能计算应用火不起来的四大原因

　　今年3月份，阿尔法狗（AlphaGo）以4:1战胜韩国名将李世石九段的情景，让人们见识了人工智能背后超级计算的威力。刚刚过去的6月份，中国神威·太湖之光超级计算机以超过十亿亿次计算性能，荣登超级计算机性能世界排行榜榜首的消息，再度引发业界振奋。

　　据IDC统计，2015年全球高性能计算的预算投入增长了11%，2016年还将有更大的增长，中国也持续保持15%以上的增速。

　　但是，与持续增长的高性能计算基础设施建设相比，中国高性能计算应用情况却始终不容乐观，由政府投资建设的超算中心屡屡陷入“切闸断电、应用率不高”的尴尬境地，除了石油勘探、天气预报等少数机构，其他产业企业投资建设高性能计算中心的寥寥无几。

　　

　　而美国高性能计算中心的客户需求旺盛，经常需要提前排队预约；宝马等大型制造企业也会投资建设。中国高性能计算应用为啥火不起来？中国高性能计算的商业化应用进程如何推进？

　　

　　9月23日2016年高性能计算用户大会现场图

　　火不起来的四大原因

　　首先是核心芯片技术问题。高性能计算一般由大量处理器或计算机通过集群技术搭建而成。在核心芯片上是采用国产自主研发设计的芯片，还是引入国外具有成熟商业应用的Intel芯片，一直是计算机产业包括高性能计算发展中颇有争议的话题。早期欧美国家对高性能计算技术的输出限制，以及我国缺乏自主知识产权的核心芯片技术，导致了我国高性能计算起步较晚。直到2005年左右，我国才自主研发出龙芯等芯片。

　　与美国高性能计算的发展历程一样，我国高性能计算最初发展也是由政府主导。从1990年起步至今，我国通过863计划“国家高性能计算环境”等一系列项目的实施，已在全国建设10个左右的高性能计算中心，发展了浪潮、联想、曙光等高性能计算机生产企业（以引入Intel等商业化芯片为主），并在政府、军事、科研机构、气象预报、石油勘探等领域尝试应用。

　　其次，缺乏与国产高性能计算产业相配套的系统和应用软件。在欧美国家的高性能计算产业，从高性能计算所需的核心处理器芯片到配套软件，再到行业推广应用，已经形成一个完整而庞大的产业链条，如Intel芯片周围集合了微软、SAP、oracle等庞大的软件产业。而国内由于系统开发工具的缺乏，以及看不到能从市场上获得快速回报，大量软件企业难以投入研发与国产高性能计算核心芯片相配套的应用软件，相关应用软件寥寥无几，因此导致国产高性能计算难以推广应用。

　　国家863计划高性能计算机及应用服务环境重大项目总体专家组组长钱德沛教授，在9月23日2016年高性能计算用户大会上接受采访时也表示：“当前高性能计算应用面临的最大的问题，是能不能尽快建立起中国高性能计算发展的完整生态环境。”比如，今年荣登榜首的神威？太湖之光采用了国产处理器芯片，虽然国产处理器具有高能耗、高性能的特点，但面临着应用软件缺乏、成熟商业软件无法方便运行的尴尬。

　　其三，中国自身的科研技术水平和产业企业的科技应用水平较低，也限制了高性能计算的应用。高性能计算的主要应用领域，是那些要求具有大规模计算能力的科研机构和产业企业科研部门，只有当企业的科研水平达到一定程度才会提出这样的要求。而历史原因导致我国科研机构和产业企业的科研水平较低，一定程度上限制了高性能计算的应用。相关数据显示，欧美企业研发支出中科学研究的占比普遍超过20%，我国企业的研发支出中科学研究的支出占比仅为3%。

　　其四，人才缺乏也是我国高性能计算应用面临的一大挑战。培养相关的人才，需要花费大量的时间、精力和投入。在欧美国家，一个超级计算人才的市场价是200万元，这种薪酬水平是国内很多高性能计算中心无法承受的。

　　商业化进程陆续启动

　　随着美国各行各业对于高性能计算的需求逐渐增多，美国汽车制造等行业也开始普及化引入高性能计算。据IDC副总裁Earl Joseph介绍，当今美国高性能计算的应用领域已经从传统的科学工程计算向更广阔的深度学习、智慧城市、精准医疗等领域推广。

　　虽然中美高性能计算的应用差距较大，但国内高性能计算的商业化进程已启动。科学研究、精准医疗、智能制造等也是目前国内高性能计算尝试推进的应用领域。

　　2015年底，上海市儿童医院正联合浪潮和Intel试点一个精准医疗项目，即在利用浪潮基因一体机G100开展多个儿童罕见病研究项目。据浪潮集团高性能计算总经理刘军介绍，项目已试点运行半年，预计一年后将正式推向市场。借助基因一体机G100，医院可以在一天内完成多个Panel样本的基因测序以及检测流程，而未使用前完成同样工作量需要花费的时间为15天；医生也能够精确识别和诊断儿童罕见病。这些研究项目将让成千上万罹患罕见病的儿童从中获益。 为了推进高性能计算应用，浪潮发布了深度学习计算框架Caffe-MPI，并公布开源社区，号召更多开发者研究Caffe-MPI和定制化开发。

　　国家超级计算无锡中心也在高性能计算的产业化应用方面做了有益探索。国家超级计算无锡中心由科技部、江苏省、无锡市共同出资18亿元于2015年12月建设完成。今年荣登榜首的神威。太湖之光超级计算机就落户在国家超级计算无锡中心。这也是世界上第一台全部采用国产处理器构建的超级计算机。

　　据国家超级计算无锡中心主任、清华大学高性能计算研究所所长杨广文教授介绍，该中心的超级计算应用重点关注四个方面：全球气候变化研究、先进制造、生命科学和大数据分析。特别是先进制造方面，无锡地处“苏南制造”核心地区，基于苏南制造的科研需求，该中心正打造基于神威太湖之光的产业科技创新中心，希望把超级计算与先进制造相结合，提高我国制造业的科技水平。

　　目前，国家超级计算无锡中心超级计算的应用范围涉及天气气候、航空航天、海洋环境、生物医药、船舶工程等19个应用领域，用户单位达到上百家，具有六十余项大型应用课题和成果，机器使用率达到75%以上，最高达90%以上。

　　由政府推动的高性能计算应用项目也陆续启动。据钱德沛教授介绍，2016年是十三五计划的第一年，国家十三五重点科研专项高性能计算的第一批项目已经正式启动，第一批项目批准了19个，2017年第二批指南也已经公示，共18个项目，正在征求广大科技人员的意见，其重点是支持高性能计算的应用。