计算机能力，超级计算机的“超能力” 探访国家超算长沙中心

中央纪委国家监委网站 廖远哲 龙源

工程师正在进行全机规模试算之前的联调，确保成千上万个计算、存储、管理节点能稳定可靠工作。

科研团队结合仪器测量和超算筛选的成果，在可视化报表平台上解读试验结果，为药物研发提供数据支撑。

国家超级计算长沙中心“天河一号”超级计算机机房，蓝色机柜整齐排列。

国家超级计算长沙中心形似数字“0”的主楼天算台。 （国家超级计算长沙中心 供图）

地图导航推荐最优路径，外卖平台分配合适订单给快递小哥……这背后都离不开“算力”和“算法”的加持。

当今，“计算”已经深刻融入人们的生产生活。而超级计算机则是“计算”的顶级平台，能够高速、高效处理普通计算机无法处理的大量资料，是各国竞相角逐的科技制高点，也是国家综合科技实力的体现。我国的天河一号、天河二号、神威·太湖之光，都曾经登上过超级计算机世界500强排行榜的榜首。

超级计算机有何“超能力”，如何影响我们的生产生活？记者近日来到位于湖南长沙岳麓山国家大学科技城的国家超级计算长沙中心（以下简称“长沙超算中心”）实地探访。

记者了解到，长沙是我国超级计算机的故乡，我国第一台超级计算机“银河一号”、第一台取得世界第一的超级计算机“天河一号”都诞生于此。

“0”和“1”背后的“超级使命”

9月20日，秋高气爽。静谧而灵秀的长沙岳麓山下，长沙超算中心掩映在万山渐红的枫叶之中。从山顶俯视，主楼天算台形似数字“0”、研发楼形似数字“1”。

据介绍，长沙超算中心两座大楼也分别以0号楼和1号楼命名，寓意深刻——“0”和“1”正是二进制的两个基本符号。

相比大楼外的幽静，长沙超算中心机房内部是另一番“激情澎湃”：蓝色的机柜一字排开，机柜上LED灯不停闪烁——由数据和程序构建的数字世界里，可谓“万马奔腾”。

记者了解到，长沙超算中心目前使用的主要算力设备是由国防科技大学牵头研发、湖南大学负责运营的“天河”系列超级计算机。

超级计算机有何与众不同？面对记者的疑问，长沙超算中心总工程师唐卓侃侃而谈：超级计算机的“超级”在于它的超级体量，以及由此带来的计算速度，“超级计算机相当于一个超高密度的计算机集群。它由成千上万台计算节点高速并联而成，每个并联结构中都有独立的高性能计算单元，从而形成强大的聚合计算能力。”

为便于记者理解，长沙超算中心副主任肖晟给记者打了个比方：假如每一个节点是一位战士，超级计算机就是集团军，将战士们聚集起来，实现集团化作战。普通计算机可计算的问题规模和超级计算机相比，就像一位战士能完成的战斗任务和整个集团军能实现的战役目标，有质的区别。

2010年，国家超级计算中心落户长沙。当年11月，“天河一号”在超级计算机世界500强榜首第一次留下中国超算的名字，令世人刮目。此后，我国乘势而上，“天河二号”“神威·太湖之光”相继研制成功，并连续数次位列世界500强榜首。

“对一个国家来说，超级计算机是国之重器。”唐卓认为，发展超算关键要服务于国家需要，惠及民生、增进福祉，长沙超算中心大楼的“0”和“1”造型背后，彰显着自己的“超级使命”。

目前，长沙超算中心的“天河一号”已服役达12年之久。记者探访时，长沙超算中心工程师正在紧锣密鼓进行设备调试、技术人员正在开展岗前培训……新一代超级计算机即将“上岗”。据介绍，升级后的新一代机型，算力将是原机型的150倍，总算力将再一次处于国内领先水平、国际先进行列。

既可算天也可算地算人

清晨醒来后，打开手机，未来2小时的天气情况一目了然；头顶烈日，地质工作者正在向精准探测的潜在矿址进发……这些都与超算有着密不可分的关系。

长沙超算中心副主任彭绍亮说，这仅仅是超级计算机诸多应用场景的“冰山一角”。“天河”超算如今深刻影响并改变着我们的工作、学习和生活。

业内人士经常用六个字来概括超级计算机的“超能力”：算天、算地、算人。

算天——超级计算机可以将天气预报的范围缩小到公里、精确到小时；可以模拟出不同科学模型下宇宙的诞生演化；可以用“数值风洞”替代传统风洞进行试验，让火箭、大飞机等航空航天设备的气动外形设计实验周期从一两年缩至短短几天……

算地——超级计算机已广泛应用于油气资源勘探、地质勘测、巨型工程建设等领域，有关单位曾通过长沙超算中心开展工程抗震安全研究，模拟计算时间从原本的500小时缩短为5小时。长沙超算中心还联合搭建了建筑信息模型技术应用推广服务平台，支撑开展智慧城市建设，为道路设计施工、城市地下管网铺设、地面楼宇桥梁等建筑的设计和施工图审查、智慧交通、智慧城管、土地调查、矿山调查等提供24小时算力和平台服务。2020年7月6日，湖南省石门县雷家山发生特大型山体滑坡，瞬间塌方量达数百万立方米，整个区域面目全非却没有造成人员伤亡，这其中就有长沙超算中心演算、预警的一份功劳。

算人——超级计算机在医学、生物医药、基因测序等与人们生命健康密切相关的诸多领域也起着至关重要的作用。据介绍，长沙超算中心与中南大学湘雅医院、华大基因共建的基因数据分析平台，可以大幅缩短先天性遗传疾病的筛查时间。以唐氏儿筛查为例，在超级计算机强大的算力加持下，计算时间可以压缩至4小时内，准妈妈们上午做检查，下午就能拿到检测结果。

唐卓说，从湖南大学向东越过湘江不远，就是“天河”诞生地——国防科技大学，两地车程仅20分钟。得益于两个完整的技术团队支撑，“天河”系列超级计算机的研制以及各种高性能应用软件系统的开发，形成了较为完整的研发链条。

近年来，机械制造以及设计仿真产业都先后加入超级计算机的应用阵营中。长沙超算中心搭建的科研服务、产业服务和公共服务平台近50个，累计为40个领域近2000个用户提供约16亿核时的高性能计算、大数据和人工智能等服务，牵头或参与承担重点研发计划、科技专项等各类科技项目近1000项，为湖南“三高四新”战略实施和数字湖南建设做出重要贡献，以世界一流的超级计算能力，为驱动湖南新科技革命、新经济发展、新基建建设、产业数字化和政府治理智能化发挥更大的支撑和推动作用。

超算助力科学有效防控疫情

湖南长沙是一座“网红”城市，岳麓山、橘子洲、扬帆夜市、四方坪夜市……即便是暑期40摄氏度的高温，依旧“全国有一半人都去长沙‘避暑’了”。

这里如何科学有效防控疫情？点开国家超级计算长沙中心网站，或许能找到答案。

网站首页，“超算科技抗疫”栏目尤其引人注目。从精准筛查、核酸检测，到心理健康测试，以及筛查、疏导、帮助疫情和复工复学中出现应激心理反应的人群，等等，诸多方面都有长沙超算中心的功劳。

“以一台普通计算机的算力，单人密接与次密接人群筛查需要几个月时间。”唐卓介绍，但有了超级计算机协助，对重点人群的行为轨迹进行实时统计和关联计算，可在1秒完成单人流调查询、1分钟内完成单人密接人群筛查。“超算为查找、排查疑似病例等提供了有力支撑，搭建的疫情大数据应急监测平台成功预警多起高风险地区人群输入事件，有力支持了湖南全省快速科学控制突发疫情。”

据介绍，由国防科技大学系统工程学院平行仿真团队与中南大学湘雅三医院团队、湖南大学国家超算长沙中心团队携手，在一线组建了科研攻关队伍，将疫情数据与创新科技相结合，利用“虚拟战场”开展仿真计算联合科研攻关。研究人员根据城市人口地理模型，生成了一座“虚拟城市”，演化疫情传播过程，对千万级人口城市的病毒传播风险和有效防控手段进行建模研究。

此外，超算长沙中心还基于区块链和社交网络大数据的疫情检测和预警应用，联合研发了人工智能预警可视化系统、非接触式精准体温测量和疫情监测系统等。

为帮扶企业快速复工复产、加快推进项目建设，湖南省住房和城乡建设厅利用“互联网+审图”平台组织全省23家审查机构全天候提供施工图审查服务，为项目开工建设保驾护航，长沙超算中心等平台提供24小时技术支撑，确保“互联网+审图”平台在疫情防控期间运行顺畅。

……

超算加持下，让“用最小代价实现最大防控效果”成为现实。

“其实，我们每个人都拥有一个小型的‘超算中心’。”肖晟说，今天我们手上拿的手机，算力相当于上世纪90年代全球最快的超级计算机。如何用好今天的海量算力，为国家构建核心竞争力，为人们生活提升幸福指数，是当下的重要课题。“未来已来，当我们处在这个伟大的时代，在向时代致敬的同时，更要走好自己的未来之路。”