高性能計算的應用突破

本刊記者｜邢帆

近日，四川省計算機學會高性能計算專委會年會聚集了云計算、大數據領域的200多名專家，一場圍繞高性能計算及其應用熱點的話題討論引起了業內的關注。技術領域的不斷發展讓人人都成為了數據的生產者。成都信息工程學院并行計算實驗室主任王鵬指出，仔細觀察不難發現，高性能計算、云計算、大數據在技術和產業上呈現出融合的趨勢。而此前，有不少人對云計算與高性能計算之間到底是競爭還是促進的關系而爭論，實際上，高性能計算、云計算與大數據之間存在著緊密的聯系。高性能計算為云計算、大數據提供運算能力支撐，云計算、大數據則為高性能計算提供了創新的應用模式。其共同為交通、氣象等綜合性應用場景提供了信息化能力支持。

不同的是，云計算的商業價值目前已經為更多人所認可，高性能計算在其中發揮了重要的影響力，其價值卻并不像云計算那樣受人矚目。如今高性能計算將其在應用領域的趨勢帶到市場中來，用實際的影響力證明其更深刻的價值。

向應用進發

想要了解高性能計算的應用情況，就不得不弄清其產業背景。從市場的角度來講，高性能計算機是高技術、高利潤而且市場份額在不斷擴大的一個產業。高性能計算機在政府部門、科研等領域的廣泛應用，對增強一個國家的科技競爭力有著不可替代的作用。另外，美國和歐洲的經驗已經證明，企業使用高性能計算機能夠有效地提高生產率。

在我國，超算中心能夠為企業和科研單位提供高性能計算服務，這在一定程度上能夠幫助高性能計算得到更多的普及。超級計算機按應用類型可分為計算密集型（如大規模工程計算和數值模擬）、數據密集型（如數據倉庫和數據采集）以及通信密集型（如協同工作和遠程遙控）。與地方經濟發展結構相結合，超級計算機的主要應用范圍廣泛。“國家超級計算長沙中心”湖南大學建設辦公室主任蔡立軍教授介紹，在我國，超算中心跟隨地區及國家的產業調整政策，在多個領域多觸角延伸。在傳統行業中，如天氣預報、氣候預測、海洋環境工程等數值模擬領域的研究將看到超算中心的身影。建筑行業中，如大型橋梁、隧道等土木工程結構的設計、過程仿真、抗震與安全評估。而在商業領域，金融模擬分析，商業數據挖掘，物流與生產排程規劃等將是超算中心發揮作用的主要渠道。

超級計算機之所以能夠為眾多行業提供良好的技術支撐，關鍵還在于其超速的運算能力，在實際生產應用中，僅以飛機和汽車制造為例，通過采用大規模高性能計算技術， 波音公司將777飛機的研制周期從8年縮短到5年，工程返工量減少了50%；日本豐田汽車公司在研制2002年嘉美新車型時縮短了研發周期10個月，減少了試驗樣車數量65%。福特用高性能計算機構造了一個網上集市，通過網絡連到它的3萬多個供貨商。這種網上采購不僅能降低價格，減少采購費用，還能縮短采購時間。福特估計這樣做大約能節省80億美元的采購成本。此外，制造、后勤運輸、市場調查等領域也都是高性能計算機大顯身手的領域。

隨著我國的經濟發展，除了傳統的密集計算型科學領域需求持續增長，各類工業、民用企業領域的需求正以幾何級數遞增，如汽車飛機的制造、核電、鋼鐵、新材料等領域。因此，超級計算機中心的運行能力只有更緊密的與實際生產、經濟發展相結合才能夠發揮其效力。除此之外，高性能計算在城市服務領域的作為更加不可小覷。蔡立軍表示，如果將智慧城市理解為城市內與城市間“互聯網+物聯網”的物物相聯，通過超算和云計算將其整合，能夠實現人類社會與物理世界的和諧融合。智慧城市少不了以超級計算和云計算為基礎的信息系統，有限的計算，創造無限的可能，智慧城市要從超級計算和云計算開始。

總的來說，國外的高性能計算機應用已經具有相當的規模，在各個領域都有比較成熟的應用實例。政府部門大量使用高性能計算機，能有效地提高政府對國民經濟和社會發展的宏觀監控和引導能力，包括打擊走私、增強稅收、進行金融監控和風險預警、環境與資源的監控和分析等等。

勇于突破屏障

高性能計算機能為企業和政府創造的價值是非凡的，國外的企業和用戶已經充分地認識到這一點。一個證明是，20世紀90年代中期以來，國外80%以上企業的信息主管在選購機器時考慮高性能計算機，而在20世紀90年代初，這個數字只有15%。

隨著經濟的快速發展，我國的超算中心在應用方面與國外有較大差距。造成差距的原因，除了科技創新實力有一定差距外，認識層面的普及和宣傳也存在偏差。王鵬解釋，高性能計算在科技領域的地位是無法撼動的，但在其他領域并不為人知曉，或者有些使用高性能計算的層面也沒有被準確定位。在國內，這方面的市場引導和意識培養還很不夠，沒有讓企業、政府和社會充分認識到高性能計算機的益處，從而導致了一些觀念上的誤解。一提起高性能計算機，人們馬上就會聯想到用于尖端科學計算的超級計算機。此外，超級計算應用時間的長短也是一個很重要的因素，我國在超級計算領域起步比發達國家晚，在國家的大力支持下近幾年發展迅速，很快達到了世界領先水平，但超級計算的應用推廣還沒能全面跟上，即便是在發達國家，超級計算也是通過一個較長推動過程才做到廣泛的普及。如在西方發達國家：進入21世紀，金融、投行、保險業開始使用超級計算做風險分析。但實際上，高性能計算機90%的用途是非科學計算的數據處理、事務處理和信息服務，并非是僅僅存在于“象牙塔里的陽春白雪”。

想要突破高性能計算的應用瓶頸，一方面要保持住其高端科技計算領域的不可替代位置，另一方面在于相關技術融合的同時，也要勇于做出適度的犧牲。王鵬說：“高性能計算在數據挖掘分析和進行密集計算的時候優勢非常明顯，但其卻無法實現像云計算那樣的網絡化服務，無法對實時數據處理進行時時交付，在存儲方面也存在無法滿足的要求。因此在與相關技術融合（例如hadoop）時，既要保持住優勢，又要不可避免的犧牲部分計算能力，只有這樣還能實現融合，才能讓高性能計算更接地氣。”

總體來說，大規模的數據爆發和綜合性的業務、服務需求將會讓高性能計算機得到越來越多的產業界的認同，云計算、大數據的興起也為高性能計算帶來更多參與實踐的場景和機會，高性能計算終將得到更為廣泛的應用認可并成為重要的生產工具。