下一代国家超算基础设施如何建设？钱德沛院士来支招

　　今年，Frontier成为世界上第一台打破百亿亿级计算瓶颈的超级计算机，表明当前高性能计算（HPC）正式进入E时代。一台E级计算机，相当于约100万台个人笔记本电脑同时计算。12月8日上午，中国科学院院士、北京航空航天大学教授钱德沛在CNCC2022中国计算机大会上作特邀报告时如是说。
　　中国科学院院士钱德沛。（资料图片）
　　今年，CNCC2022中国计算机大会以全线上方式举行，围绕算力、数据、生态主题，钱德沛佩院士介绍了其主持研发的国家高性能计算基础设施CNGrid，以及东数西算战略工程背景下我国算力发展出现的新趋势和面临的新挑战，并对此提出需要重点关注的问题。
　　从云计算到边缘计算，让用户体验更好
　　近二十年来，分布式计算经历了从网格计算到云计算的转变。算力网作为一种覆盖超算中心、数据中心等大型异构算力资源的新型国家级算力基础设施，通过用高速网络连接分布在不同地域的异构计算中心，形成一台跨地域部署的大计算机，实现多中心间的资源共享、自主协作与统一服务，以提升各算力中心的整体运行效率、系统能效和服务能力。
　　钱德沛院士长期从事计算机体系结构和高性能计算系统研究，解决了基于分散、异构、动态资源构建网络计算环境的关键技术问题。他主持或参与国家自然科学基金项目、863计划课题、973子项目和其他科技项目数十项，提出改善众核并行编程的系统性方法，促进了高性能计算的普及应用。
　　过去，用户都需要自行采购计算机、部署自己的软件来构造IT系统，现在只需要到云上租赁资源、部署软件就可以方便生成自己的IT应用系统。钱德沛表示，2006年兴起的云计算是网络计算技术和应用模式的一次大变革，被虚拟化的云资源可以动态升级，让所有云计算用户通过网络更方便地使用云上资源，它的出现改变了传统IT应用系统的部署运行方式。
　　目前，物联网和移动互联网应用的发展催生了另外一种边缘计算技术形态。钱德沛院士介绍，边缘计算的出发点是让程序、数据和计算能力更贴近端用户，而不是更靠近中心的云。这主要是为了减少数据移动，降低数据传输延迟，同时降低端系统和数据中心之间网络带宽需求，使得IT应用的成本更低，用户体验更好。
　　随着边缘计算技术的进步，云边端协调融合的IT应用模式将逐渐成为主流，形成覆盖更宽广应用领域的计算基础设施新形态。钱德沛院士认为。
　　算力需求上升，高性能计算聚焦三大任务
　　当前，科学研究、产业升级转型和人工智能应用对算力的需求越来越大，随着应用多样化，算力中心呈多样化发展。我国用20多年的时间进入世界高性能计算第一梯队，排名和美国、日本交替领先。
　　中国研发的国家级高性能计算基础设施CNGrid，拥有19个超算中心，支持了3000多项国家重大科技与工程项目。钱德沛院士表示，作为国家算力基础的重要组成部分，超算应该在东数西算战略背景下进一步提升其基础设施形态，基于CNGrid构建下一代国家超算基础设施CNGridNG。
　　钱德沛院士指出，计算机性能从数十亿次到千万亿次（P级）发展到今天的百亿亿次（E级），这种计算速度的进步非常难得。在当前构建国家高性能计算基础设施中仍面临一些关键问题，包括如何以网上分散、异构、动态、自治的资源构建国家高性能计算环境，如何以公共计算设施支持个性化的领域应用，以及在分布异构环境下开发大规模并行应用程序。
　　在过去20年的发展中，我们始终坚持机器、应用和环境的协调发展。通过建造世界一流的机器提供强大算力，通过建设网络计算环境让算力随处可得，同时发展大规模并行计算技术让算力发挥最大的效率。钱德沛院士说，十四五时期仍将坚持这一路线，在高性能计算方向聚焦三大任务。即新一代高性能计算机系统的研发、高性能计算机应用关键技术和领域应用软件的研发，以及依托国家超算基础设施的领域应用平台研发。
　　我们的总体思路是把分散在各地的计算资源看作一台超级计算机，通过研发系统软件，实现资源聚合、统一管理调度和有效使用。钱德沛认为，面对算力发展出现的新趋势和新挑战，要研发更强大的高性能计算机系统，解决分散异构、动态资源的聚合、调度管理和共享问题，同时，创新网络计算的应用新模式，解决公共计算平台承载个性化应用的问题。
　　在钱德沛院士看来，下一代国家超算基础设施CNGridNG有三层架构，底层是基础算力层，中间是运行管理层，再上边是运营服务层。具体来说，可由运行管理层负责全局资源调度，提高利用率；运营商运营中心基于CNGridNG构建超算应用网，开办超算应用商店，为软件研发者服务提供者提供平台，催生超算领域新兴业态，并向人工智能、大数据等领域拓展。（记者吴劲珉）