近日在德國漢堡舉辦的ISC 2023高性能計算大會發(fā)布了最新IO500榜單，該校國家超級計算濟南中心（以下簡稱濟南超算）構建的驗證性計算集群（Cheeloo-1）在10節(jié)點研究型榜單登頂奪冠，測試得分突破13萬，繼濟南超算山河計算集群在ISC 2022奪冠后，以超越歷史最佳紀錄15倍的絕對優(yōu)勢，再次問鼎全球。

濟南超算副主任、濟南超級計算技術研究院院長潘景山表示，國際TOP500競爭聚集在算力性能，但算力實際發(fā)揮作用還依賴于存儲，因此，存儲輸入輸出速度極為重要，IO就是“IN PUT和OUT PUT”的簡稱，在IO500榜單中登頂奪冠，說明我們存儲系統(tǒng)的性能達到了國際頂級水平，意義重大。

我國高性能計算中心的建設遍布全國，擁有先進的設備和超級計算機。這些計算機能夠進行海量數(shù)據(jù)的處理和復雜模擬，助力科研、國防和工業(yè)等領域的發(fā)展。那么，我國的高性能計算發(fā)展水平與國外相比如何？有什么樣的差距，我們又能從中看到哪些機會？

中國在高性能計算領域與國外相比存在以下差距：

技術水平：

一個是芯片工藝，一個是應用軟件，是最核心的2個差距。芯片總體性能相當，但是單核性能與X86比較起來還是差一些，尤其是芯片制造這一塊。

在應用軟件上，我國雖然已大力發(fā)展，但在高性能計算的軟件和算法上還有差距。

比如多次登頂TOP500的美國超算能力是一股自底而上的完整技術生態(tài)，從最基礎的計算單元（CPU和加速器），到基礎軟件、工業(yè)軟件或商業(yè)軟件，再到上層應用開發(fā)，是一個完善的生態(tài)閉環(huán)；而我們的超算，絕大多數(shù)設備的計算核心并非國產(chǎn)，基礎軟件對外依賴，工業(yè)和商業(yè)軟件亦不例外，這造成了中國超算與美國的實質性差距。

其次，即便我們“在別人的基礎上蓋大樓”，也蓋得不是那么好。這些年來超算系統(tǒng)突飛猛進，應用普及的步子卻沒有隨之邁得那么大。目前，超算中心主要業(yè)務基本還是高校、科研院所，很少有企業(yè)、小型組織在用。而無論從哪方面來看，用好超算對企業(yè)業(yè)務競爭力的提升都具有長遠意義。

現(xiàn)實卻是，很多企業(yè)想用上超算，卻不知該從何處下手。用得太少，說明我們的超算在“好用”“易用”的問題上，解決得并不充分。

另一方面，超算系統(tǒng)的生命周期也有限。如何在它5~7年的“巔峰生涯”里發(fā)揮更大作用，服務國計民生更多方面？

顯然，超算越易用、好用，各行各業(yè)擁抱超算的門檻才真的降低了。門檻低了，用得人才能多起來。

2023年4月18日，科技部正式部署超算互聯(lián)網(wǎng)，目標是要使得超算要像用水用電一樣便捷，服務更多國計民生，消息一出，行業(yè)振奮。路雖遠，行則必至。

學術研究：

國外在高性能計算的學術研究方面相對領先。一些國外機構和大學擁有更多的研究資源和頂尖學者，他們在算法、模擬和應用方面的研究更加深入和前沿。

比如，要著力構建“系統(tǒng)軟件和中間件”接口或平臺——這是應用生態(tài)中非常關鍵的內容——系統(tǒng)軟件和中間件是連接超算底層和上層應用的關鍵環(huán)節(jié)，通常在超算上跑應用的技術人員，如果對計算機底層不太熟悉，會感到束手束腳，牽扯大量精力。

因此要解放這一部分生產(chǎn)力，讓做應用的專注于應用軟件的開發(fā)、應用環(huán)境的優(yōu)化和應用效率的提升，讓專業(yè)的人做專業(yè)的事情。

這其實并不容易做到，一支高水平的支撐隊伍需要很強的交叉學科能力，才能把對超算的應用服務做到比超算的建設和維護還要出色。

也就是說，只懂計算機是不夠的，還要“混搭”與應用相關的知識背景。

這就是我們?yōu)槭裁凑f，高性能計算工程師并不是碼農，他們需要時間的沉淀和知識的積累。

人才儲備：

國外在高性能計算領域擁有更多的頂尖科學家、工程師和專業(yè)人才。但是國內既懂算法、懂體系架構還懂應用算法的復合型人才特別少。

由于高性能計算對人的更高了，不像傳統(tǒng)的開發(fā)，自學就能學會。異構并行不容易，因為程序員的思維模式需要從根本上做轉變。原來是基于單線程的思維模式，現(xiàn)在要將算法設計成多線程。怎么樣能把任務很好地分配到各個處理器上，怎么去利用好各個處理器上的硬件資源，這都是很難的。

目前這種情況，主要是因為整個培養(yǎng)體系不完善造成的。而異構計算、并行計算這些概念直到近來才得到大家的重視，學校還沒有來得及培養(yǎng)這類人才。雖然有些高校會開相關的選修課，但開課老師一直是待在學校，本身并沒有太多實戰(zhàn)經(jīng)驗，也沒有經(jīng)歷過來自工業(yè)界的摔打，所以，總的來說，培養(yǎng)效果不是很明顯。

目前高性能計算的相關人才培養(yǎng)需要從源頭篩選優(yōu)秀的編程人才，需要對這個行業(yè)的非常熱愛，具備解決通用實際問題的能力，對計算機體系結構的整體把握能力，具備數(shù)據(jù)處理能力。然后需要幫助他完善計算機體系結構的理論基礎，比如計算機是怎么做計算的，一個計算從把指令放出去，到最后執(zhí)行完成，寫回歷程，會經(jīng)歷哪些階段，每個階段是怎么處理的；培養(yǎng)他如何去設計一個好的并行算法；交給他常見的軟件工程師所必需掌握的各項技能；訓練他如何編程，如何寫出高質量的程序；培養(yǎng)解決各類實際問題的能力，無論是異構并行算法上出現(xiàn)的問題，還是硬件層面出現(xiàn)的問題。

而隨著這幾年深度學習的崛起，工業(yè)界對于人才的需求越來越旺盛，學校的培養(yǎng)不僅跟不上，而且這個鴻溝目前的狀態(tài)是越來越大。尤其大模型一出，幾乎所有的公司都在抱怨，這個領域的人才不夠用。商湯HPC部分負責人稱：商湯在這個領域還挺有名氣的，我們都很難找到滿足要求的人才，其他公司更不用說了。稍微優(yōu)秀點的人才，四處難覓，都搶著要。

如果說要解決人才這個問題，最好的方法，就是先培養(yǎng)一批非常好的老師，然后想辦法讓盡可能多的學生能觸及并獲取到這部分教師資源。但軟件方面，不是拿錢就可以堆出來的，特別是人才，這是有培養(yǎng)周期的。

2022年以來，隨著國家政策的出臺，以及一批聚焦如何解決“卡脖子”問題的企業(yè)出現(xiàn)，相信高性能計算的生態(tài)和人才現(xiàn)狀會得以改善。

在這里，猿代碼科技（https://www.ydma.com）響應國家戰(zhàn)略政策，助力解決“卡脖子”問題。目前猿代碼科技已研發(fā)出涵蓋CPU、GPU以及超算運維培訓課程，彌補了我國在高性能計算學習以及系統(tǒng)學習方面的不足。課程由國內頂尖科研院所專家及知名企業(yè)工程師合作研發(fā)，涵蓋高性能計算之并行計算等多個方面，包括CPU并行計算實戰(zhàn)課程、GPU并行計算實戰(zhàn)課程以及超算運維等。相信未來，更多高性能計算人才的涌現(xiàn)，會大大改善目前人才不足的情況。

國際合作：

雖然中國在高性能計算領域也積極與國際進行合作，但與一些國外機構相比，合作交流的程度還有待加強。國外的高性能計算中心通常與國際合作伙伴密切合作，分享經(jīng)驗、資源和最佳實踐。

常參加SC、ISC的業(yè)內人士可能會比較清楚，這種面向世界的超算盛會是一個開放的展示平臺，中國的超算廠商亦喜在大會期間搭展徠客。不過，中國超算廠商一個很明顯的特點就是，更重視硬件展示，與軟件或應用相關的展示和報告甚少。

而美國人的展臺則完全不同：幾乎每個展臺上都有大量作報告的人，報告內容包括學術研究、應用進展、超算系統(tǒng)新用途……十幾分鐘一個報告，應用跟隨與軟硬件產(chǎn)品展示結合在一起，非常有人氣。

而且，美國不僅超算廠商有展臺，美國能源部、國防部、NASA等都有自己的展臺，都會有很多技術專家在展臺上作報告，氣氛很好。

事實上，這并不鮮見。在美國召開的與高性能計算機相關的學術研討會，作學術報告的人來自能源部、NASA、高校院所等工業(yè)界、學術界，整個就是“混搭”；反觀我們，參會雖然有產(chǎn)業(yè)界人士，但上臺作學術報告的，百分之八九十都來自大學、科研院所。

生態(tài)：

國內各種體系架構都有，海光的X86，飛騰的ARM、江南計算所的申威，還有各種GPU，百花齊放。但是跟國外成熟的X86+CUDA生態(tài)比起來還是差距非常大。

設備和基礎設施：

盡管中國在高性能計算設備方面取得了顯著進展，但在一些關鍵技術和設備的研發(fā)上還存在一定差距。一些國外廠商和研究機構在高性能計算硬件的創(chuàng)新和發(fā)展方面具有領先優(yōu)勢。

我們知道美國也已將E級計算機的研制納入國家戰(zhàn)略規(guī)劃之中。在美國E級超算項目相關的報告中，他們對未來E級計算機的使用，精確到非常細致的程度。舉個例子，比如美國人在計劃書中會寫到用E級計算機來提高發(fā)動機的效率。在報告中，他們能將發(fā)動機內燃燒的各種化學反應、流體計算方程等都呈現(xiàn)在上，關于其在T級計算機能算到什么水平，P級、E級計算到什么程度……也就是說，一個關于超級計算機研制的申請報告中，不僅有計算機研制的框架、方案、意義，還有關乎未來應用的、非常細節(jié)的展現(xiàn)。

看到這里，你可能已經(jīng)有答案了：美國超算之所以強大，不僅強大在計算機硬件、基礎軟件，還強在其應用是一脈相承的。換句話說，美國不僅硬件強、軟件強，應用也是真的強，他們的超算設備，都是好鋼用在刀刃上。

反觀中國超算，真正實現(xiàn)商品化落地，不過20多年。

1997年，曾獲國家科技進步一等獎的“曙光1000A”落戶遼河油田。那是中國超算第一次獨立進入市場、實現(xiàn)商品化。后來我國以政府和機構為主導力量添置超算“家底”。短短幾年間，我們國家不僅在深圳、天津、濟南、長沙、廣州、無錫部署了六大國家級超級計算中心，不少地方政府也投建了省市級的超算中心。

可能這些超算中心建設的意義大于它們的實際價值，長久以來，坊間充斥著超算中心“指標不低，應用未滿”的傳聞。2013年~2015年穩(wěn)坐世界最快超算頭把交椅的“天河二號”，曾因年耗電億元之巨、實用性和效率卻難令人滿意，一度成為眾矢之的。

時至今日，就算我們的超算應用團隊蟬聯(lián)了“戈登·貝爾獎”（2016年、2017年連續(xù)兩年基于在太湖之光上的應用），中國超算的應用問題仍然是令人頭疼的難題。就在“2018年全國高性能計算學術年會”（HPC 2018）上，仍有院士吐槽：“超算在應用層面的滯后是我們長期以來的一個痛點?！?/p>

盡管存在這些差距，但是也不可否認中國在高性能計算領域已經(jīng)取得了巨大的進步。路要一步一步走，飯要一口一口吃。

中國政府和科研機構一直在加大對高性能計算的投資和支持，不斷提升技術水平和人才儲備。2022年，超算作為報告中第四個關鍵詞；2023年4月18日，科技部確立部署超算互聯(lián)網(wǎng)。相信未來，隨著中國在高性能計算領域的不斷發(fā)展，這些差距有望逐漸縮小，并進一步提高中國在全球高性能計算領域的競爭力。我們也正在努力培養(yǎng)更多的專業(yè)人才，為其提供先進的設備和技術支持，我們很高興看到越來越多的高校積極開展超算競賽及活動，多次在世界級的超算大賽中摘金奪銀；越來越多的高校在開設高性能計算相關專業(yè)，越來越多的企業(yè)開放了更多高性能計算相關的崗位。

高性能計算是中國科技進步的重要支柱，也是我們國家實現(xiàn)創(chuàng)新驅動發(fā)展的關鍵之一。中國將繼續(xù)努力，致力于成為高性能計算領域的領軍國家，為推動人類社會的進步和發(fā)展做出更大的貢獻。讓我們攜手努力，共同創(chuàng)造一個更加智慧、進步的世界。高性能計算，連接未來