7月19日,第5号台风“丹娜丝”或将登陆广东,希望广东人民出门记得带伞哦~而人类之所以能模拟出台风的行动轨迹,则要多亏了超级计算机的帮忙。

早在7月14日的时候,超级计算机就经过模拟,预估在7月15日有可能加强出台风,98W会演变出998mb,该台风胚胎预估是往菲律宾方向靠近,并且达到最强的时候,出现986mb气压值,过后往我国华南靠近,并且可能在19日左右登陆广东。这个台风就是丹娜丝。

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如果没有超级计算机的模拟,那么我们就很难提前做好准备。超级计算机是指能够执行一般个人电脑无法处理的大量资料与高速运算的电脑。就超级计算机和普通计算机的组成而言,构成组件基本相同,但在性能和规模方面却有差异。超级计算机主要特点包含两个方面:极大的数据存储容量和极快速的数据处理速度,因此它可以在多种领域进行一些人们或者普通计算机无法进行的工作。

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超级计算机是衡量一个国家综合国力和科技发展水平的重要指数之一,为什么呢?因为在各大领域,都需要运用到超级计算机。

在军事领域最重要的一项就是模拟核试爆,因为实际核试验所带来的污染和巨额支出实在太大,再加上1996年9月24日签署的《全面禁止核试验条约》,所以就转而采用超级计算机仿真模拟核试验。这项技术全球只有寥寥几个国家掌握。这些国家不需要再进行真实的核爆炸,只需通过高性能计算机的模拟试验,就能得到和真实的核试验一样的数据,

据美国《国会山报》28日报道称,据中国工程物理研究院统计,2014年9月至2017年12月,中国进行了200次核试验,也就是月均5次。中国正在开发一种近距离战争使用的战术核武器。而这都要依赖运算速度更快的超级计算机来进行更为精密的模拟核试验。

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除此之外,现代武器装备,特别是科技含量高的武器装备,设计制造过程基本都离不开超级计算机进行模拟。因为高新技术武器。为让它们适应险恶的战场环境,在复杂的野战条件下安全行驶,必须进行颠簸、碰撞和抗打击等性能的研究,而超级计算器进行模拟实验,对武器进行最快速的调整。还有战机和舰艇。需要进行复杂空气力学和流体力学的实验和分析,这都需要搜集众多数据和精细建模,并进行大量的数学运算、模拟仿真和优化处理。例如某型高超音速跨大气层反舰武器的气动布局设计、某型高超音速无人侦察机气动计算、新一代分导核弹头相关计算工程等等,

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在军事领域的运用还有很多,比如战争设计和模拟、情报获取和分析等。

除了在军事领域还有在民生领域,如气候预测、疾病医疗、石油勘测、材料科学与计算纳米技术等等。可以说掌握了超级计算机技术,对于军事、经济的发展,都有巨大的推动。

40年代,因为二战的爆发,美国出于计算炮弹弹道的需要,对计算机的运能能力提出了更高的需求。1946年,世界上第一台电子计算机ENIAC应运而生,除了顺利完成弹道计算任务,还解决了当时原子弹和风洞设计的许多计算问题。

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到了 50 年代,当时著名科学家克雷在1958年设计建造了世界上第一台基于晶体管的超级计算机,成为计算机发展史上的重要里程碑。

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克雷在1972年创建自己的公司Cray Research Inc.,1973年,世界上第一台超级计算机-Cray-1在这里诞生, 拥有100纳秒的时钟速度,是第一个含CRT控制台的计算机。他亲手设计了Cray全部的硬件与操作系统,其中作业系统也是他用机器码编写出来的,最令人惊讶的是,居然没有出过任何bug和错误。

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到1986年1月为止,世界上有130台超级计算机投入使用,其中大约90台是由克雷的上市公司Cray Research Inc研制。即使到了目前,Cray Research Inc在超级计算机领域具有重要的地位。

中国在超级计算机领域发力并不算晚,当时我国气象部门急需巨型机做中长期天气预报,航空航天部门急需超级计算机以减少昂贵的风洞实验经费,石油勘探部门急需超级计算机进行三维地震数据处理。有一个部门租用了外国一台中型计算机,却要由外方控制使用,算什么题目都要交给人家,中国人不得进入主控室。

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而且为了研制新一代导弹核武器.必须进行大量的数值计算和模拟来计算核武器的杀伤效能等数据,显然不能再靠手摇计算机 人海战那么干了,太耗时耗力。由此,从 1975 年开始,中国科研人员经过 8 年漫长的研制,终于在1983 年 12 月 22 日,我国第一款自主研发的超级计算机“银河一号”诞生了。

此后,经过曙光系列十几年的迭代升级,到 2009 年,“天河一号”诞生,这是我国首台千万亿次超级计算机,也是继美国之后第二能够研制千万亿次超级计算机的国家,可以说打破了美国的长期垄断。

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从 2013 年开始,“天河二号”的诞生不仅缩小了与美国的差距,挤入了全球第一梯队,登上了榜首,2016年, “神威·太湖之光”超级计算机系统接棒“天河二号”登顶榜单之首,,而且从2013年开始,中国连续 5 年夺得超算排名第一。

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虽然美国能源部下属橡树岭国家实验室发布新一代超级计算机“顶点”在2018年时隔五年之后重新夺回了第一的宝座,代号“NERSC-9”和“Sierra”的两个新型超算,运算能力分别达到300P级别和500P级别,也远优于“神威·太湖之光”。

但是在2016年开始,中国就一直占据着超算的世界排名前三名。而 2019 年全球超算500强榜单中国占据了 307 个席位,保持着优势,从整体上来看,是与美国保持着齐平的位置的。

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如今,超级计算机已经发展到了一个关键节点,正在向 E 级超算进发。 E 级超算是指每秒可进行百亿亿次数学运算的 超级 计算机,被全世界公认为“超级计算机界的下一顶皇冠”。

美国也意识到如果不能在 E 级超算上领先中国,那么中国在高新技术的发展上将会逐渐加快,并且在军事领域的研发有了 E 级超算的助力,将会如虎添翼。

就目前国家透漏的情况而言,中国将运用E 级超算,构建超级计算与云计算、大数据和人工智能深度融合的高性能计算服务平台,将在长效高分辨率气候气象预报、大规模航空航天数值风洞、地震地质研究和油气能源勘探、脑科学与基因工程等一系列超大规模计算与模拟,以及涉及国计民生、信息安全的政务数据、医疗卫生、基因健康等大数据分析处理领域,发挥支撑和平台作用。

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这样,你是不是就明白了 E 级超算的重要性。当前,新一代百亿亿次 超级计算机 的研制计划是国际上高端信息技术创新和竞争的制高点。

2019年3月,能源部表示将拨款5亿美元给英特尔公司和克雷公司,以共同建造美国首台可实现每秒百亿亿次浮点运算的称E级超算“极光”。时隔不到两个月,美能源部又于近日宣布,将拨款6亿美元建造第二台百亿亿次超级计算机——“前沿”。又过了不久,能源部还申请了在该实验室部署美国第三台E级超算“酋长岩”,也计划拨款6亿美元。

可以看出,美国对于 E 级超算的建造可以说倾注了大量的心血,然而令美国颇为无奈的是,中国的E 级超算原型机已经建好。

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美国能源部长宣布研发E级超算

2018 年 5 月,在天津梅江会展中心展出的“天河三号”原型机,是全世界第一个展示的E级超级计算机原型机。中国将会最早在2020年完成E 级超算的研发,并且投入使用。而美国预计最早要在 2021 年才能投入使用。(毕竟原型机也没有出来)

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截止到2018年10月,我国三个E级超算的原型机系统——神威E级原型机、“天河三号”E级原型机和曙光E级原型机系统全部完成交付。而美国目前一个都没有。也就是在 2020 年,我国将实现在 E 级超算领域彻底超越美国。

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美国估计也是想拖后一下中国研发的进展,在制裁华为之后,美国又继续制裁了海光集成电路、成都海光微电子技术、中科曙光 、无锡江南计算技术研究所、天津海光这5家超算企业。

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无锡江南计算技术研究所负责的是神威E级原型机,而中科曙光负责的则是曙光E级原型机,海光则是负责为超算提供芯片的厂商。

但是美国的算盘估计打错了,中国的E级超算将采用全自研的方式,甚至在此之前,中国的超级计算机就已经实现了可以不依赖美国,做到全国产。

比如神威太湖之光,有自己的指令集、微结构、CPU、编译器、操作系统,其中处理器采用64位国产260核CPU申威SW26010;采用了国产系统神威睿思(RaiseOS 2.0.5)等,天河2号A也是如此,采用了自研的国产加速器Matrix-2000取代原本的Intel Xeon Phi加速器。

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顺带提一下,超算的核心部件不止是CPU,由于超算做的是密集的科学计算工作,CPU执行这样的计算任务并不是效率最高的,拥有众多运算单元的加速器处理器的效率更高,比较典型的加速器芯片就是 Nvidia 公司的通用型GPU,以及英特尔公司的至强Xeon Phi处理器。

所以美国的措施还是没有起到任何作用,反而重伤了与海光合作的AMD。

比如中科曙光的E级超算, CPU采用的就是天津海光公司的Hygon Dhyana处理器,处理器也是使用海光的Dhyana(禅定)x86处理器之外,加速器芯片则使用的是 Deep Computing Processor。根据公开的新闻报道,曙光的加速器芯片是基于我国寒武纪公司的AI处理器架构研制的,全球独一无二。

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而神威E级超算的CPU将是是申威系列的最新型号,加速器可能也会采用Matrix2000plus或者其后续型号。神威E级计算机将拥有每秒百亿亿次的数学运算能力,性能将比神威·太湖之光,每秒12.5亿亿次的速度高出8倍。

天河三号”同样实现了软硬件的彻底全自研全国产,将采用国产飞腾FT2000plus或者后续型号的CPU,以及Matrix2000plus或者后续型号的加速器芯片,而系统将采用国产自研麒麟系统。

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也就是说中国的E级超算同时实现全国产,美国的制裁几乎是白禁。可以说,随着中国的不断研发投入,美国的掐脖子招数对中国来说,越来越发挥不了什么作用了。

不过,除了美国之外,日欧也在抓紧E级超算的研发,中国想要在2020年实现彻底超越美国,还需要不断努力加油!

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