探营亚洲第一超级计算机 魔方助推大飞机项目回目录
21世纪经济报道记者 邓丽 上海报道
6月15日，“魔方”超级计算机将正式对外运行，6月10日，本报记者探访“魔方”的新家——上海市超级计算中心的机房。
曙光5000A67个2米左右高、1米左右宽的黑色柜子并排站在100平方米左右的玻璃房里，柜子上各色小灯闪烁，头顶上是交错密布的电线，房间温度为22摄氏度，玻璃房外是数台电脑显示器和穿白衣鞋套忙于调试机器的工作人员。
“魔方”超级计算机是中国首台国产百亿次超级计算机，型号为曙光5000A，由中科院计算所、曙光公司和上海超级计算中心联合研制，研制费用达2亿元人民币。
曙光5000A峰值计算能力超过每秒200万亿次，全机总储存容量大到500TB(千万亿字节)，位列全球最快超级计算机排行榜TOP500第十，亚洲第一。目前世界上最快的计算机是IBM公司研制的“走鹃”，造价1亿美元，运算速度达每秒1000万亿次，主要用于美国核物理研究。
超级计算机的心脏就是这些黑色的柜子，包括42个节点机柜、10个互联网机柜、15个存储机柜。每个节点机柜里装有200颗CPU、800个核。
“魔方”芯片是AMD公司生产的“巴塞罗那”4核芯片、4路刀片系统、8路机架式节点和Infinibang高速互联的体系结构，还采用了低功耗的处理器和内存，先进的水冷散热系统和刀片结构，可以有效控制用电量。
曙光6000超级计算机正在研制，预计2010年将推出千万亿次超级计算机，曙光6000机型会部分采用国产“龙芯”，部分采用AMD或者英特尔芯片。这种混合异构体系将“前台”处理如编译与“后台”计算结合，解决兼容性、成本、耗电等问题。
“魔方”大用途
上海超级计算中心副主任、首席工程计算工程师李根国博士介绍说，理论、试验和计算是现在科技创新的三大支柱，而超级计算机则是高端计算能力的支撑，既可以对物理现象仿真和模拟，对复杂数据分析，也可以用于产品设计中复杂的设计计算。
此前，上海超级计算中心使用的型号为曙光4000A，已经用于大飞机研制、核电工程、汽车碰撞过程防震模拟、大型隧道工程的抗震安全评估。而在数值天气预报、药物作用的微观机理研究以及石油勘探数据分析等多个领域，计算机模拟是唯一可行的研究手段。
该中心负责高性能计算机用户的副主任袁俊解释说，比如在气象预报方面，之前都是运用卫星，地面观测站进行观测，根据过往的数据进行人工预测和判断，但这样并不十分准确。如果运用超级计算机把过往的数据输入，建造一个模型，就可以定时定量的预测天气。
在气候动力学方面，超级计算机可以模拟未来气候变化，比如，温室效应在多大程度上会改变气候。
在人类基因图谱的测序中，超级计算机可以用来分析巨量的人类基因组片段，袁俊说，遗憾的是，现在超级计算机运算能力已经超过每秒钟千万亿次，仍然没法完全测出具体人类基因组对应的功能，而这正是人类寻找基因组信息的最大动力。
以汽车制造为例，运用超级计算机技术的汽车生产周期已经由36个月降到了18个月以下。而波音777飞机的研制周期也从8年缩短至5年，工程返工量减少了50%。
曙光买软件花了四千万
“魔方”的一些关键设备和技术仍然依靠进口，比如CPU就是AMD公司生产的“巴塞罗那”。
中国大型专业软件仍靠进口的格局也桎梏了超级计算机的发展。
“我们二期建设的时候买了一批软件，花了4000万人民币。”李根国说。
此外，“魔方”计算机，包括此前的曙光4000等系列，都存在一个损耗率和耗电量的问题。
一般而言，超级计算机的使用寿命约为6年，以“魔方”为例，每年的折旧就大于3000万人民币。
因为超级计算机的维护要求不断电，还有大量空调降温设备，一台“魔方”每月的电费就要100万元。此外，“魔方”在维护方面也很娇贵，中心配备了十多个工程师“伺候”它。
“魔方”必须在较低温度下才能运行，不然就会“当机”，在李根国看来，超级计算中心更新设备最好的周期应该是一个通用超级计算机为主，另外每年更新1到2个专用的小型的超级计算机，这样是最有效率和节省的。
助推大飞机项目
中国唯一的一台“魔方”计算机进驻上海，大飞机项目也成为上海超级计算中心的用户。
袁俊告诉记者，中国大飞机的研制仍处在方案设计阶段，总体、气动设计的最为重要手段即是数值模拟计算。
他举例说，飞机的机翼设计是很关键的一环，直接决定飞机的性能水平，如升力、阻力、燃油经济性、稳定性。
此次翼型设计，所有设计单位和校核计算单位无一例外采用了各种计算流体力学数值模拟手段。共进行了27幅翼型，共1000多个状态的校核计算。
上海飞机设计研究所及其合作伙伴在大飞机高低速机翼设计、大飞机翼身组合体设计、发动机吊挂设计等方面，也借力超级计算机。
大飞机研制已经全面展开，其多项研究仍然需要超级计算机的配合，包括：气动布局研究、部件、优化设计、全流场分析、动力影响计算、结冰计算分析、气动噪音分析和环境温度分析等。
以2008年年底试飞的国产支线飞机ARJ21-700为例，凸显了超级计算机的重要性。这或许是上海花巨资构建“魔方”的动力之一。
在ARJ飞机方案设计的初步阶段，超级计算加快了研制进度，减少了风洞试验次数，进行了大量优化设计。在其详细设计阶段，超级计算机做的工作包括：对飞机的各种部件之间的融合设计分析，确定飞机的不拘形式，如机翼与机身融合设计、翼尖装置与机翼融合设计、机翼或机身与发动机短舱挂架融合设计等，通过对部件细节优化设计达到设计要求。仅ARJ飞机研制过程，曙光4000A就为此项目服务超过5年，使用机时超过100万CPU小时。
科技部资助研制“魔方”超级计算机跻身世界前十回目录
2008年11月17日最新公布的全球高性能计算机TOP500强排行榜中，由科技部和上海市政府共同资助研制，中科院计算所国家智能计算机研究开发中心、曙光信息产业（北京）有限公司、上海超级计算中心联合研究开发，并由曙光公司定型制造的集群超级计算机——曙光5000A以峰值速度230万亿次、Linpack测试值180万亿次的成绩再次跻身世界超级计算机前十，这一成绩让中国成为世界上第二个可以研发生产超百万亿次超级计算机的国家。
这台即将安装在上海超级计算中心的曙光5000A超级计算机已被正式命名为“魔方”（Magic Cube）。
曙光5000A是国家863计划重大项目“高效能计算机及网格服务环境”的核心项目之一。经过一年多时间的研制，于2008年9月在天津成功下线，11月在北京完成性能测试。曙光5000A同时也是科技部和上海市部市合作的重大科技成果之一。
调试魔方TOP500是世界最强超级计算机排名的简称，这个排行榜自1993年设立，每年6月、11月两次统计发布世界上最强大的500个计算机系统。
一、曙光5000A创新点
它除了与前一代高性能计算机实现很多兼容外，还在体积、节能、软件效率和可管理性方面实现了大幅度提高，它的性能是曙光4000A的20倍，体积却只有曙光4000A的三分之二，耗电也只增加了50%。同时，这种超级计算机在气象预报、地质勘探、生物医药、基因研究、飞机制造、汽车设计、新材料研究等领域都有广泛应用。
二、四大特点史上最强
超高运算速度
曙光5000A系统峰值运算速度达到每秒230万亿次浮点运算，是目前国内速度最快的商用高性能计算机系统。曙光5000A共有约3万颗计算核心，它一天的工作量相当于全中国所有人每天24小时、每年365天手持计算器不停计算52年的工作量。
节能低功耗
曙光5000A由于采用了超高密度的刀片服务器作为计算节点，以及先进的水冷散热系统，采用低功耗AMD Barcelona处理器，比常规CPU节电30%，全系统刀片设计比常规机架式节电10%，水冷散热技术比常规空调制冷节电30%。并采用节能软件和作业调度相结合，系统全年预计可节电20%。
超高计算密度
曙光5000A超级计算机首次采用了4路16核的高密度刀片系统，首次采用了单机箱40颗CPU的高密度机箱设计，可以实现单机箱40CPU，160核的超高计算密度，并实现了单节点内部的并行计算，这些设计也成就了“最高密度高性能计算机”的称号。
高效冷却系统
曙光5000A首次采用了水冷系统，可降低高性能计算机系统对客户机房的要求，同时大大提高冷却效率。水冷系统的设计实现了水电分离，以保证安全。水冷系统还包括备份的被动散热系统，可以在水冷失效的情况下保证系统的正常运行，提高了系统的稳定性。
全球超级计算机TOP500三、找油制药全能电脑
找到大型油田
在石油开采过程中找准井位非常关键，因为钻井费用极其昂贵，如果井位找不准，一旦打出“空井”，那么损失的可能就是数千万甚至是上亿元人民币。在油田区找油打井，一般采用三维地震勘探的办法：先在地面放炮，通过仪器测量地面震动反射波的情况，把采集所获得的地震波在地层中传播的运动学和动力学信息进行去伪存真处理，转化为地质信息，经过计算分析，反推出地下的生油、储油、盖层的地质构造特点，再确定在哪里打井。石油行业中的数据处理非常困难和庞杂，这就必须有性能高、运行稳定的高性能计算机。曙光5000A超级计算机的出现，可帮助勘探人员“看清”和“算出”地下数百米甚至数千米位置的地形、地况，可以说，是为石油勘探工作者配上了“火眼金睛”。2007年，曙光4000L高性能计算机就曾“力助”中石油东方地球物理公司（BGP）在渤海湾滩海地区发现了储量达10亿吨的大油田——冀东南堡油田。
制造新型药品
一种新药从研发到生产一般要经历10到15年的时间，科研经费要8亿多美元。但是，利用超级计算机可以同时模拟上万个化学反应，相当于一个万人实验室在工作，缩短了新药开发的时间。“在一种致活酶类药物的研究中，科研团队利用超级计算机在14个月之内从50多万个起始化学分子中筛选出两个候选药物进行最终合成和临床试验。整个过程中真正在实验室里合成的分子只有2000个。仅这一步就节省了大量时间和成本。”科研专家如是说。
四、11月17日第32届全球超级计算机TOP500（部分）
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即将落户世界最大通用高性能计算平台
工作人员在调试“魔方”——“曙光5000A”本报讯 （记者谷菲）从天津高新技术园区获悉，由本市高新区企业自主研发的中国最高性能超级计算机“曙光5000A”已完成在北京的最后调试，即将运往上海超算中心。有了全球高性能计算机TOP500最新排行榜第十名的“曙光5000A”加盟，上海超级计算中心由此成为世界最大的通用高性能计算平台。
目前，“曙光5000A”已被上海超级计算中心正式命名为“魔方”。落户之后，除了将担负突发性灾难预报、石油探测、纳米结构分析等重大使命外，还可凭其高速度提供股票、游戏、天气预报、建筑设计等方面服务。
据介绍，同样采用刀片服务器系统，拥有2080个计算核心的小款“曙光5000A”（标准“曙光5000A”拥有三万颗计算核心），此前已小试牛刀，在动画渲染、制作上，显示出了超强的计算性能。
令全世界为之倾倒的北京奥运开幕式光影画卷的动画渲染和图形制作，就是由小款“曙光5000A”担纲完成的。其“集群渲染”平台，将渲染工作划分成诸多小单元，分摊到多个CPU完成后再将结果组合，加快了系统进行渲染的速度。以往需一个月才能完成的开幕式渲染任务，一个星期就顺利完成。
以77分钟长的动画片《玩具总动员》为例，如果仅用1台电脑(单一处理器)渲染时间将达43年。而采用小款“曙光5000A”，只需1天即可完成。
