关于超级计算发展战略方向的思考.PDF

专题：信息化变革科研模式 The Revolution of Research: e-Science 关于超级计算发展战略方向的思考* 1 1 1 2 2 2 葛 蔚 郭 力 李静海 陈左宁 胡苏太 刘 鑫 1 中国科学院过程工程研究所 北京 100190 2 国家并行计算机工程技术研究中心 北京 100190 摘要 超级计算能力是国家科技竞争力乃至综合国力的重要标志，也是经济社会发展、国 防和国家安全的重要支撑。特别是在网络化、大数据、云计算和虚拟现实迅猛发展的背景 下，超级计算不但是科技发展的利器，正引发科研模式的根本变革，也将成为重要的社会 基础设施，并最终深刻地改变我们的生产和生活方式。但目前超级计算正面临应用效率 低、能耗高、稳定性差和难以应用等严峻挑战。基于在复杂系统多尺度模拟方面多年的探 索和积累，文章提出，按照计算对象、模型、软件与硬件的逻辑和结构一致的原理优化计 算机体系结构，缓解和克服商品化通用硬件系统开发中的难点，可能是突破这些瓶颈的一 条具有普遍意义的途径。 关键词 超级计算，多尺度计算模式，能量最小多尺度（EMMS ）范式，虚拟过程工程 DOI 10.16418/j.issn.1000-3045.2016.06.004 1 重要意义 超级计算是革命性的研发手段，代表了一个国家科学技术发展的水平。同时，它已成 为现代社会重要的信息基础设施，正在深刻地改变人类的生产和生活方式。 2005 年，美国总统信息技术咨询委员会（PITAC ）在给时任美国总统的乔治·W·布什的 报告《计算科学：确保美国竞争力》[1] 中多次强调：计算科学是继理论和实验之后的第三 科学支柱，21 世纪最伟大的科学突破将从计算科学中获得。报告认为：如果在此关键时刻 不能高瞻远瞩，美国的科学领导地位和经济竞争力将不堪设想。而超级计算无疑是计算科 * 资助项目 ：中科院战略性 [2] 学的前沿与核心。2014 年美国能源部报告《E 级计算的十大挑战》 更明确指出 E 级（Exa- 先导科技专项 XDA07080 （ 000）, 国家自然科学杰出青 flops ）计算将改变全球经济。 年基金 （ ） 具体而言，本文认为，超级计算的重要性集中体现在 3 个方面： 修改稿收到日期：2016 年6 月8 日 （1）超级计算已经是革命性的研发手段。根据已有理论在超级计算机上进行虚拟实 . . 614 2016年 第31卷 第 6 期 关于超级计算发展战略方向的思考 验，即计算机模拟，甚至虚拟现实，已经在越来越大的程 展，更加自由而绿色的生活方式将不断涌现。 度上辅助甚至替代现实的实验。比如禁止核试验后计算机 超级计算对我国的自主创新、跨越发展尤为重要， 模拟的核爆炸就完全代替了核实验。各国大飞机的研制也 并将随着发展的进程变得越来越重要。过去 15 年中，我 都依赖计算力学与超级计算完成气动与结构设计。同样，