探營亞洲第一超級計(jì)算機(jī)：“魔方”助推大飛機(jī)項(xiàng)目
6月15日，“魔方”超級計(jì)算機(jī)將正式對外運(yùn)行，6月10日，本報(bào)記者探訪“魔方”的新家——上海市超級計(jì)算中心的機(jī)房。
67個2米左右高、1米左右寬的黑色柜子并排站在100平方米左右的玻璃房里，柜子上各色小燈閃爍，頭頂上是交錯密布的電線，房間溫度為22攝氏度，玻璃房外是數(shù)臺電腦顯示器和穿白衣鞋套忙于調(diào)試機(jī)器的工作人員。
“魔方”超級計(jì)算機(jī)是中國首臺國產(chǎn)百億次超級計(jì)算機(jī)，型號為曙光5000A，由中科院計(jì)算所、曙光公司和上海超級計(jì)算中心聯(lián)合研制，研制費(fèi)用達(dá)2億元人民幣。
曙光5000A峰值計(jì)算能力超過每秒200萬億次，全機(jī)總儲存容量大到500TB(千萬億字節(jié))，位列全球最快超級計(jì)算機(jī)排行榜TOP500第十，亞洲第一。目前世界上最快的計(jì)算機(jī)是IBM公司研制的“走鵑”，造價1億美元，運(yùn)算速度達(dá)每秒1000萬億次，主要用于美國核物理研究。
超級計(jì)算機(jī)的心臟就是這些黑色的柜子，包括42個節(jié)點(diǎn)機(jī)柜、10個互聯(lián)網(wǎng)機(jī)柜、15個存儲機(jī)柜。每個節(jié)點(diǎn)機(jī)柜里裝有200顆CPU、800個核。
“魔方”芯片是AMD公司生產(chǎn)的“巴塞羅那”4核芯片、4路刀片系統(tǒng)、8路機(jī)架式節(jié)點(diǎn)和Infinibang高速互聯(lián)的體系結(jié)構(gòu)，還采用了低功耗的處理器和內(nèi)存，先進(jìn)的水冷散熱系統(tǒng)和刀片結(jié)構(gòu)，可以有效控制用電量。
曙光6000超級計(jì)算機(jī)正在研制，預(yù)計(jì)2010年將推出千萬億次超級計(jì)算機(jī)，曙光6000機(jī)型會部分采用國產(chǎn)“龍芯”，部分采用AMD或者英特爾芯片。這種混合異構(gòu)體系將“前臺”處理如編譯與“后臺”計(jì)算結(jié)合，解決兼容性、成本、耗電等問題。
“魔方”大用途
上海超級計(jì)算中心副主任、首席工程計(jì)算工程師李根國博士介紹說，理論、試驗(yàn)和計(jì)算是現(xiàn)在科技創(chuàng)新的三大支柱，而超級計(jì)算機(jī)則是高端計(jì)算能力的支撐，既可以對物理現(xiàn)象仿真和模擬，對復(fù)雜數(shù)據(jù)分析，也可以用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)中復(fù)雜的設(shè)計(jì)計(jì)算。
此前，上海超級計(jì)算中心使用的型號為曙光4000A，已經(jīng)用于大飛機(jī)研制、核電工程、汽車碰撞過程防震模擬、大型隧道工程的抗震安全評估。而在數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、藥物作用的微觀機(jī)理研究以及石油勘探數(shù)據(jù)分析等多個領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)模擬是唯一可行的研究手段。
該中心負(fù)責(zé)高性能計(jì)算機(jī)用戶的副主任袁俊解釋說，比如在氣象預(yù)報(bào)方面，之前都是運(yùn)用衛(wèi)星，地面觀測站進(jìn)行觀測，根據(jù)過往的數(shù)據(jù)進(jìn)行人工預(yù)測和判斷，但這樣并不十分準(zhǔn)確。如果運(yùn)用超級計(jì)算機(jī)把過往的數(shù)據(jù)輸入，建造一個模型，就可以定時定量的預(yù)測天氣。
在氣候動力學(xué)方面，超級計(jì)算機(jī)可以模擬未來氣候變化，比如，溫室效應(yīng)在多大程度上會改變氣候。
在人類基因圖譜的測序中，超級計(jì)算機(jī)可以用來分析巨量的人類基因組片段，袁俊說，遺憾的是，現(xiàn)在超級計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力已經(jīng)超過每秒鐘千萬億次，仍然沒法完全測出具體人類基因組對應(yīng)的功能，而這正是人類尋找基因組信息的最大動力。
以汽車制造為例，運(yùn)用超級計(jì)算機(jī)技術(shù)的汽車生產(chǎn)周期已經(jīng)由36個月降到了18個月以下。而波音777飛機(jī)的研制周期也從8年縮短至5年，工程返工量減少了50%。
買軟件花了四千萬
“魔方”的一些關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)仍然依靠進(jìn)口，比如CPU就是AMD公司生產(chǎn)的“巴塞羅那”。
中國大型專業(yè)軟件仍靠進(jìn)口的格局也桎梏了超級計(jì)算機(jī)的發(fā)展。
“我們二期建設(shè)的時候買了一批軟件，花了4000萬人民幣。”李根國說。#p#page_title#e#
此外，“魔方”計(jì)算機(jī)，包括此前的曙光4000等系列，都存在一個損耗率和耗電量的問題。
一般而言，超級計(jì)算機(jī)的使用壽命約為6年，以“魔方”為例，每年的折舊就大于3000萬人民幣。
因?yàn)槌売?jì)算機(jī)的維護(hù)要求不斷電，還有大量空調(diào)降溫設(shè)備，一臺“魔方”每月的電費(fèi)就要100萬元。此外，“魔方”在維護(hù)方面也很嬌貴，中心配備了十多個工程師“伺候”它。
“魔方”必須在較低溫度下才能運(yùn)行，不然就會“當(dāng)機(jī)”，在李根國看來，超級計(jì)算中心更新設(shè)備最好的周期應(yīng)該是一個通用超級計(jì)算機(jī)為主，另外每年更新1到2個專用的小型的超級計(jì)算機(jī)，這樣是最有效率和節(jié)省的。
助推大飛機(jī)項(xiàng)目
中國唯一的一臺“魔方”計(jì)算機(jī)進(jìn)駐上海，大飛機(jī)項(xiàng)目也成為上海超級計(jì)算中心的用戶。
袁俊告訴記者，中國大飛機(jī)的研制仍處在方案設(shè)計(jì)階段，總體、氣動設(shè)計(jì)的最為重要手段即是數(shù)值模擬計(jì)算。
他舉例說，飛機(jī)的機(jī)翼設(shè)計(jì)是很關(guān)鍵的一環(huán)，直接決定飛機(jī)的性能水平，如升力、阻力、燃油經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性。
此次翼型設(shè)計(jì)，所有設(shè)計(jì)單位和校核計(jì)算單位無一例外采用了各種計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值模擬手段。共進(jìn)行了27幅翼型，共1000多個狀態(tài)的校核計(jì)算。
上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所及其合作伙伴在大飛機(jī)高低速機(jī)翼設(shè)計(jì)、大飛機(jī)翼身組合體設(shè)計(jì)、發(fā)動機(jī)吊掛設(shè)計(jì)等方面，也借力超級計(jì)算機(jī)。
大飛機(jī)研制已經(jīng)全面展開，其多項(xiàng)研究仍然需要超級計(jì)算機(jī)的配合，包括：氣動布局研究、部件、優(yōu)化設(shè)計(jì)、全流場分析、動力影響計(jì)算、結(jié)冰計(jì)算分析、氣動噪音分析和環(huán)境溫度分析等。
以2008年年底試飛的國產(chǎn)支線飛機(jī)ARJ21-700為例，凸顯了超級計(jì)算機(jī)的重要性。這或許是上海花巨資構(gòu)建“魔方”的動力之一。
在ARJ飛機(jī)方案設(shè)計(jì)的初步階段，超級計(jì)算加快了研制進(jìn)度，減少了風(fēng)洞試驗(yàn)次數(shù)，進(jìn)行了大量優(yōu)化設(shè)計(jì)。在其詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，超級計(jì)算機(jī)做的工作包括：對飛機(jī)的各種部件之間的融合設(shè)計(jì)分析，確定飛機(jī)的不拘形式，如機(jī)翼與機(jī)身融合設(shè)計(jì)、翼尖裝置與機(jī)翼融合設(shè)計(jì)、機(jī)翼或機(jī)身與發(fā)動機(jī)短艙掛架融合設(shè)計(jì)等，通過對部件細(xì)節(jié)優(yōu)化設(shè)計(jì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。僅ARJ飛機(jī)研制過程，曙光4000A就為此項(xiàng)目服務(wù)超過5年，使用機(jī)時超過100萬CPU小時。
