铁流：中国构建全球首个超算大科学网络

大参考

　　11月18日，海洋国家实验室与国家超级计算无锡中心、国家超级计算济南中心在青岛海洋科学与技术国家实验室签署共同构建超算大科学装置群战略协议，构建全球首个国际超算大科学网络基础设施。

青岛海洋科学与技术国家实验室

　　其实，构建超算互联网体系并不是新概念。早在十多年前，国内单位就提出过各超算中心联网共享资源。为此，还专门部署过研究课题，并被列为“863计划”的一个专项。中科院计算所、航天二院、清华大学等十多家科研院所和大学曾经参与过相关研究。

　　那么，为何要构建超算互联网体系？构建超算互联体系又需要哪些关键技术呢？

　　缘何构建超算互联体系

　　在早些年，一些学者认为单台高性能计算机已经不能胜任一些超大规模应用问题的解决。于是大家想把多台超算通过广域互连技术连接起来，从而解决一些大规模科学与工程计算等问题。

　　这样一来，就可以把多台超算拧成一股绳，形成合力，用于解决模拟核爆炸、药物研制、气象预报和环境等重大科学研究和技术应用领域的问题。

　　同时，通过共享计算资源，还能有效提升超算中心的计算资源利用率。

　　从实践上看，用户对超算的需求也有一定的周期性和不平衡性。比如现在南方某中心的超算应用率高达130%，也就是说超算的计算资源根本不够用，有30%的用户需要排队等候。与此同时，国内的另一些超算中心可能正处于业务的“淡季”。

(广州超算中心)

　　又比如，新老超算中心之间存在利用率的不均衡。正如新建一条商业街后，商铺进驻、人气积累都需要时间，新超算建成后的用户积累也要有类似的一个过程。

　　如果将不同年代建设的多个超算中心连接起来，形成超算互联网体系，不仅能够实现多台超算共同解决一些重大科研课题，还能做到计算资源的充分利用。

　　需要解决哪些关键技术

　　首先要明确的是体系结构。体系结构可以清楚地说明整个系统是由哪些关键部分结合在一起形成的，还必须能够对各个部分的功能、目的、特点等进行清晰的描述，使人们能够了解各个组成部分的作用。

　　其次，要解决的是任务协同。正如“一个和尚挑水喝，两个和尚抬水喝，三个和尚没水喝”，如果在协同上做的不好，将多个超算中心连接起来，未必能实现理想中的效果。因此，如何实现任务的协同是超算互联体系的一项关键技术。

　　再次，要解决通信问题。最后，国内各超算中心的一些差异也会造成技术障碍。由于国内众多超算中心的各台超算的体系架构、芯片指令集、软件平台都不一样，举例来说，神威太湖之光使用的芯片是申威26010，指令集为SW64；而天河二号使用的芯片是E5和至强PHI，指令集为X86。这种情况就会对资源共享造成一定障碍。

　　在建成国际超算大科学网络基础设施之后，不仅有效整合各高性能计算中心服务能力，共同服务于国际超大规模协同计算任务，还能立足已建成的P级超算，开发面向E级超算建设基础应用支撑体系，为中国的科学研究提供高弹性、高可用性的计算资源保障。