天河二号的超级计算机之算天算地算人

“天河二号”的“大脑”

孟祥飞，是一位不到40岁，身材高瘦，脸上总是挂着阳光般笑容的青年男子。他身着休闲装扮，出现在天津滨海新区的国家超级计算天津中心。

2009年，身在美国即将博士毕业的孟祥飞迎来了人生的一次重大转折。

是继续留在美国，跟随美国导师从事研究工作，拿绿卡？还是回国，到一个刚成立、前途并不明朗的计算中心白手起家？

前者能带来的“好处”显而易见，孟祥飞却选择了后者。选择后者的理由是：

“实际上我主修的学科比较交叉，我原来学的是物理专业，但是我的物理研究方向要用超级计算机来解决相关问题。当时国内没有超级计算人员，我属于联合培养，到美国去开展科技研究工作，借助他们的超级计算能力，当时应该说做得还是比较好的。我觉得可能回到国内能发挥更大的作用。”

然而孟祥飞没想到的是回国后面对这样的状况：

“当时来超算天津中心的时候，这个中心一切都处于草创状态，连间办公室都没有。我和最早的团队，实际上是在宿舍里开始中心的筹备工作的。半年没有工资，没有任何待遇。”

实际上，在选择进入超算中心之前，南开大学物理学专业毕业的孟祥飞用了硕士和博士在读期间的6年时间去探索宇宙的起源，研究宇宙间最小的粒子如何运行，称得起是学有所成。当年即使回国，相对于完全“白手起家”的超算中心，他还有更好的选择—成为一名出色的高校物理老师，或者是进入薪水比较高的企业与医疗机构。

时至今日，孟祥飞仍然坚信他的这个选择是正确的，因为一定要让超级计算机“天河二号”诞生。

从2008年开始研制，按两期工程实施，二期系统于2012年8月在国家超级计算天津中心升级完成。2013年11月14日，国际“TOP500”组织在网站上公布了最新全球超级计算机前五百强排行榜，“天河二号”排名全球第一。

“天河二号”的应用

尽管超级计算机“天河二号”诞生了，关于新技术产品的应用问题又惹来了众多非议：

“‘天河二号’在2013年取得世界第一，对我们国人是一个非常振奋的消息。但实际上，在行业内部，包括很多国内、国外的专家也都在提出质疑，中国用自主的计算机技术做了一台最高性能的超级计算机，但能不能用好？甚至有人说中国就是做了一台大游戏机，他们在质疑中国能不能把这台机器切实利用好。”

“当时，我就怒了！”孟祥飞回忆说，“我立下了军令状，干不好‘天河二号’的应用，我就卷铺盖走人。”

为了解决“天河二号”的投入使用问题，孟祥飞继续琢磨如何让“天河二号”与更多企业、院校、科研单位对接，使他们成为“天河二号”的用户。(www.xing528.com)

于是，他把团队打造成售前、售后、研发的“三体一体”的组织，分头行动。

为此，孟祥飞一年常常要跑上四五十个城市，行程最多时可以绕地球两圈。由于超级计算应用涉及各种领域，为了让“天河二号”忙起来，为了与各领域的客户对接通畅，孟祥飞不断地学习和了解新领域的知识。用他的话说就是，要上知天文，下知地理，中间懂空气。出差路上的时间，也成了他给自己上“自习课”的时间，随身携带的行李箱里永远装满了书，鼓鼓囊囊。他因为有爱读书的习惯，还被团队里的同事称作“状元”。

由于“天河二号”大量采用自主技术，在此之前，国内最高性能的计算机性能只有“天河二号”的1/40、1/50，而且采用国外的芯片与技术。而超算中心研发了一个排名世界第一的计算机，大量的自主应用技术能不能跟应用软件、应用平台结合在一起，都是孟祥飞团队要解决的难题。

“这既是一个要突破技术瓶颈，把这些应用平台转移的过程，还要让我们的合作机构了解‘天河’能够给他们的科技创新、企业发展在未来带来显著的突破和效益。”

功夫不负有心人。经过3年的努力，到2013年左右，“天河二号”终于实现了良性运行，广泛应用于航空航天、石油地震勘探、新材料的研发，以及生命科学包括基因密码的解读等诸多领域。此外，它还在日常生活领域发挥着作用。现在每天在“天河二号”平台上在线操作的研发任务有近1400项，每天要完成近万项计算工作。

“天河二号”天天在忙什么呢？

说“天河二号”是名副其实的“全能算将”一点也不过分，因为它能“算天”“算地”，也能“算人”。

何为“算天”呢？就是让大飞机、航天器在“天河二号”模拟的虚拟空间飞翔，让气象信息在“天河二号”的数值时空里接受分析，预测未来变化。听起来很抽象？大家想象一下飞行器和航天器的尺寸就明白，实物实验不可行，成本也太高，且通过传统风洞实验开展飞行器设计工作已很难满足需求，如美国波音787客机70%的研发设计工作都由计算机辅助设计完成，样机制造完毕后直接进入试飞阶段。现在，“天河二号”已经参与过“国产大飞机、宇宙飞船的全尺寸飞行气动模拟”等重要研究工作。

再说说雾霾预警吧。“天河二号”与中国气象局气象科学研究院等单位合作，构建了自动化实时雾霾预警预报系统，只需要2—3小时就能算出最长时效为未来5天气象的数值预报，目前实现雾霾预报最高网格精度为2—3千米，而过去，精度为50千米左右。通过对污染源、区域污染数据的精确分析，为未来雾霾治理提供预警及解决方案。要知道，以前这些都要依赖国外计算机，即使不考虑国家战略意义，它们性能并不优于“天河二号”，投入的费用还是“天河二号”的数倍。

“算地”是能给地球做“CT”。过去在油气勘探领域，我国缺乏强有力的超级计算机，并且核心软件需要从欧美几大石油软件巨头处购买，这样在国际石油勘探上完全没有竞争力。从2011年开始，“天河二号”与中石油东方地球物理勘探研究院合作研制具有自主知识产权的、技术成熟的石油地震勘探数据处理的核心软件和处理平台，原来需要30天完成的业务项目在“天河二号”的处理平台只需要16小时。这帮助我国石油公司在国际勘探竞标中成功击败欧美公司，中标并完成了多个国际、国内项目。

“算人”是指探索人类大脑的秘密、破解人类基因密码。脑科学是神经疾病治疗、人工智能等诸多领域取得突破的原动力。国内的全脑三维成像领域的研究数据，基于“天河二号”的超级计算能力和并行处理技术，已实现150倍以上的提升。原本做一次鼠类全脑成像数据处理需要5—7天，现在1—2个小时就可以完成。同时，“天河二号”也与脑神经科学家合作开展我国脑神经网络仿真与超级计算的首次结合，为我国脑科学下一步的创新发展打下坚实基础。

除了“算”的强大功能，“天河二号”还能推动科技创新。现在，每天都有60多名科学家和专业工程师在保障“天河二号”的运行，每天都要花费近10万元提供动力。“天河二号”服务的科研单位、企业、政府机构用户数已近1300家，主要用户遍布全国30个省、自治区和直辖市。

在它的超级计算平台，有超过百家的科研团队在从事电子信息、纳米、先进复合、储能、超导、磁性等领域的新材料研发的计算模拟工作；中科院上海药物研究所利用“天河二号”的超算平台并结合实验，从20多万个代表化合物中筛选出抗癫痫先导药物；北京生命科学研究所依托“天河二号”研究未来代替抗生素治疗细菌感染的新药；等等。可以说“天河二号”已经成为国内药物研发的重要支撑平台。在基因测序领域，天津超算中心与华大基因等科学研究机构开展合作，基于高效基因测序处理软件进行人、动物、植物等大规模群体的基因分析，其中对3000株水稻的基因组重测序进行分析时，处理速度提升15倍……

最令人开心的是，作为全球首个实现收支平衡并略有盈余的超级计算机，“天河二号”不仅提供简单的计算服务，还能帮助企业转型升级，提升研发效率与市场竞争力。根据初步统计，“天河二号”已为各类企业节省研发投入上亿元，为企业带来相关经济效益超过30亿元。