超算互聯(lián)網(wǎng)：讓算力走進千行百業(yè)

都芃

讓算力像電力一樣走進千家萬戶、賦能千行百業(yè)，這一20年前提出的設想如今正成為現(xiàn)實。8月26日，2023年CCF全國高性能計算學術年會在山東省青島市落下帷幕，超算互聯(lián)網(wǎng)成為與會專家學者熱議的話題。

目前，我國算力網(wǎng)絡基礎設施不斷完善，各行各業(yè)數(shù)字化進程持續(xù)加速，人工智能、數(shù)字孿生等技術迅速發(fā)展，對算力，尤其是高性能算力的需求呈爆發(fā)式增長。與此同時，高性能算力地區(qū)供需分布不均、應用生態(tài)不完善、持續(xù)運營困難等問題制約著我國數(shù)字經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展。在這一背景下，超算互聯(lián)網(wǎng)應運而生，成為破解我國超算發(fā)展難題的一把關鍵“鑰匙”。

作為當之無愧的“國之重器”，超級計算機距離我們的日常生活并不遙遠。小到每天看到的天氣預報，大到國產(chǎn)大飛機C919，背后都有超算的身影。中國工程院院士、清華大學計算機系教授鄭緯民表示，超算如今已廣泛應用于氣象預測、生物制藥、航空工業(yè)等領域，并在產(chǎn)業(yè)數(shù)字化過程中發(fā)揮著重要作用。

鄭緯民指出，我國超算的實力毫無疑問處于國際第一梯隊。在6月份發(fā)布的最新一期全球超算500強榜單中，我國有兩臺超級計算機位列前十，超級計算機總數(shù)更是達到了134臺，位列全球第二。

但也應該看到，我國超算面臨著算力設施分布不均衡、水平參差不齊、應用軟件自主研發(fā)和推廣應用不足等問題。國家超級計算濟南中心主任吳曉明表示，由于超算的技術門檻比較高，且尚未形成豐富的應用軟件生態(tài)，目前超算的應用仍局限于比較傳統(tǒng)的高性能計算領域，如天氣預報、大型工程設計、基礎科學研究等。

超算互聯(lián)網(wǎng)的核心目標是讓超級計算機實現(xiàn)從傳統(tǒng)的提供算力到提供服務的革命性轉(zhuǎn)變。“我們希望通過打造超算互聯(lián)網(wǎng)，把各個超算中心連在一起，形成更大的算力平臺，并且利用互聯(lián)網(wǎng)思維，打造更為豐富的超算應用生態(tài)，從而能夠直接通過平臺對外提供超算服務。”吳曉明表示，超算互聯(lián)網(wǎng)及其應用生態(tài)的打造，將有利于降低超算應用的門檻，讓超算從“陽春白雪”走向普及普惠，加快滲透千行百業(yè)、走進千家萬戶。

未來，有超算需求的用戶可以直接打開超算互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)一站式的超算產(chǎn)品瀏覽、下單、支付、應用等。用戶看到的將不再是某個超算中心、某臺計算機，而是一個能夠直接解決問題的完整應用軟件或解決方案。“我們希望超算互聯(lián)網(wǎng)未來能像淘寶、京東一樣，直接向用戶提供可應用的超算產(chǎn)品，降低超算的應用門檻，更好地賦能數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展。”吳曉明說。

超算互聯(lián)網(wǎng)的關鍵在于互聯(lián)。只有實現(xiàn)高速互聯(lián)，分布在各地的超算資源才有可能整合為一個有機整體，面向各行各業(yè)提供高性能的計算服務。“雖然叫作超算互聯(lián)網(wǎng)，但在網(wǎng)絡中流動的并不是算力，而是數(shù)據(jù)。”國家超級計算濟南中心副主任潘景山表示，在超算互聯(lián)網(wǎng)中，數(shù)據(jù)的傳輸速度直接影響到計算效率。

影響數(shù)據(jù)傳輸速度的兩大因素是帶寬和延遲。帶寬即單位時間內(nèi)能夠通過的最大數(shù)據(jù)量，延遲則是信息在傳輸介質(zhì)中傳輸所用的時間。

“比如，在網(wǎng)絡正常的情況下，從北京的清華大學傳輸4T大小的數(shù)據(jù)到江蘇的國家超級計算無錫中心太湖之光超級計算機需要5天。但若我們把數(shù)據(jù)都刻成盤，然后用快遞寄過去，第二天下午就到無錫了。”談及目前帶寬較低、延遲較高帶來的影響，鄭緯民形象地解釋道。

目前我國正式掛牌的超算中心有十余家。讓這十余家超算中心連在一起成為一臺“大機器”，需要網(wǎng)絡具有極高的帶寬和極低的延遲。高帶寬、低延遲實現(xiàn)起來并不容易。

“以往我們用的光纖鏈路最大的帶寬約為100G或200G，每百公里延遲約為1.5毫秒，但這并不能滿足超算互聯(lián)網(wǎng)建設的需求。”潘景山介紹，通過持續(xù)攻關，國家超級計算濟南中心已在高速網(wǎng)絡通信、網(wǎng)絡資源感知調(diào)度、算力網(wǎng)絡融合和安全方面突破了一批關鍵技術，并首次建立起了基于長距IB通信技術的濟南—青島超算互聯(lián)網(wǎng)試驗網(wǎng)，它的帶寬達400G，500公里通信距離的網(wǎng)絡延遲由原先的雙向10毫秒以上降低至5毫秒左右。“通過這一網(wǎng)絡，濟南、青島兩地的超級計算機可以連接成一個整體，發(fā)揮更大的作用。”潘景山舉例道，當借助濟南—青島超算互聯(lián)網(wǎng)試驗網(wǎng)進行地球系統(tǒng)模擬計算時，可以將其拆分為大氣和海洋兩個模式，在兩地分別進行協(xié)同計算，大大提升計算效率。

高帶寬、低延遲給超算互聯(lián)網(wǎng)帶來的極致性能，也將顯著擴大其在產(chǎn)業(yè)中的應用規(guī)模。例如國家超級計算濟南中心與濰柴集團合作開展的發(fā)動機仿真模擬計算項目，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量達到TB級。“如果我們用傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)傳輸這些數(shù)據(jù)，可能需要傳2—3天，對設計人員來說，這嚴重影響工作效率。”潘景山表示，借助高帶寬、低延遲的超算互聯(lián)網(wǎng)，TB級的數(shù)據(jù)量只需極短時間便可完成傳輸。“如果說傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹咚俟肪W(wǎng)’，那么高帶寬、低延遲的超算互聯(lián)網(wǎng)則是運行能力成倍提升的‘高鐵網(wǎng)’。”潘景山如是說。

相比傳統(tǒng)的超算應用模式，超算互聯(lián)網(wǎng)可提供統(tǒng)一、完整的超算服務。實現(xiàn)這個目標，需要在運營模式、平臺生態(tài)、產(chǎn)業(yè)培育等方面同步發(fā)力。

“我們深知，深入推進建設以國家超算互聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代算力網(wǎng)絡基礎設施，并不能靠簡單的算力堆砌，而是要實現(xiàn)網(wǎng)絡、算力調(diào)度、產(chǎn)業(yè)鏈、數(shù)據(jù)要素治理等多方面的資源協(xié)同，強化東西部跨域統(tǒng)籌發(fā)展。”吳曉明建議，超算互聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展需要連接產(chǎn)業(yè)生態(tài)中的算力供給、應用開發(fā)、運營服務、用戶等各方能力和資源，構(gòu)建一體化超算算力網(wǎng)絡和服務平臺。同時，還需要緊密連接供需雙方，通過市場化的運營和服務體系，實現(xiàn)算力資源統(tǒng)籌調(diào)度，降低超算應用門檻，并推動計算技術向更高水平發(fā)展，促進核心軟硬件技術深度應用，輻射帶動產(chǎn)業(yè)生態(tài)的發(fā)展與成熟。潘景山也指出，應聯(lián)合超算中心、運營商、軟件供應商和用戶合作建設超算互聯(lián)網(wǎng)，打造超算共同體，這樣才能讓我國數(shù)字經(jīng)濟真正實現(xiàn)以“高鐵速度”發(fā)展。

高性能算力能夠驅(qū)動產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大范圍、大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)應用也能為算力升級提供動力。目前，國家超算互聯(lián)網(wǎng)平臺已開放第三方企業(yè)入駐，并明確了入駐企業(yè)條件：可提供基礎超算IAAS服務等基礎資源；提供行業(yè)應用軟件資源；提供多學科行業(yè)應用服務等平臺資源；提供多樣數(shù)據(jù)模型、源碼等資產(chǎn)資源，以及提供各種類型的算力服務。截至8月，已有35家超算上下游單位成功入駐國家超算互聯(lián)網(wǎng)平臺，另外有近百家單位遞交了聯(lián)合體入會申請，這將為超算互聯(lián)網(wǎng)平臺持續(xù)注入活力。