張雲泉：中國造出頂級超算但軟件跟不上發展

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超級計算正越來越成為一個國家科技創新核心競爭力的重要方面，是推動國家安全與創新發展的強力引擎，為解決國家安全、技術創新、經濟發展和社會進步等一系列重大挑戰性問題提供了不可替代的作用。

經過近三十年的艱苦努力，我國超級計算機的研制水平和性能已經居於全球領先水平，“天河二號”“神威·太湖之光”多次榮膺全球超算速度之冠，中國稱霸全球TOP500排行榜冠軍達創紀錄的五年之久。不過，2018年6月美國在五年之後重新奪回了世界第一的寶座。中美兩國進入交替領跑世界超算的局面。

軟件跟不上發展

但在超算應用水平方面，雖然2016年和2017年，基於神威·太湖之光的超算應用“千萬核可擴展大氣動力學全隱式模擬器”和“非線性地震模擬”蟬聯“戈登貝爾獎”，可實際上我國超算應用發展還遠遠滯後於超算研制能力的發展。

其一，超算應用軟件的可擴展性偏低。科技部通過一系列重點研發計劃，在重點應用領域部署了一系列課題，進行幾十萬核乃至百萬核並行算法與軟件研制的重點突破，但目前日常運行的大部分超算作業，其並行規模仍停留在幾千或幾萬個處理器甚至更低的量級，沒有充分發揮出億億次超級計算機上並行的能力。我國應用軟件仍處於初級階段，應用領域與軟件研發存在脫軌現象。

其二，受制於國外壟斷，國產商業應用軟件發展滯後，市場占有率幾乎是空白。在超算應用比較多的制造業和基礎科研等關鍵領域，大部分商業應用軟件都被國外壟斷。我國不僅支出巨額軟件採購費用，軟件升級還受制於外方。我國超級計算機特別是國產超級計算機上運行的大規模並行軟件幾乎都是科研用軟件，不具備大規模商業推廣的能力。

其三，我國超級計算機的研制模式一直以來都是政府科技部門主導，地方政府參與，企業承擔研制任務，國家超級計算中心負責運維和推廣。雖然在過去二十多年裏，我國超算的研制和發展在這一模式的指導下，取得了舉世矚目的輝煌成就，但為了取得TOP500世界冠軍而忽視實際需求，研制遠遠超過實際需求的機器的做法也越來越值得我們反思。

思想和人才的制約

我國超算應用發展滯後的原因主要有以下四點：首先，在建設思路上，採取了超算系統性能優先發展再拉動超算應用發展的策略。歐美日等國家一般根據各領域實際應用需求，針對性地研制能滿足實際應用需求的超算系統，能夠避免對機器的浪費。而從實踐來看，我國的超算發展偏重於先發展超算計算能力，往往會導致超算系統的初期應用效率偏低的情況出現，需要一定時間的過渡期才能將機器用起來。

其次，“重硬輕軟”的思想導致經費投入比例嚴重失調。美國能源部建議的對超算軟硬件的投入比例約為1：1。據有關專家介紹，我國超算系統的軟件經費投入，在項目申報時已經能占20%至30%，比過去的不到10%已經有了明顯的改善，但是離1：1的比例還有很大差距。

再次，研發力量分散。我國超算應用軟件的研發人員大部分分散在一些小的實驗室、研究所，或者依附在以硬件研發為主的國家重點實驗室，僅在核物理、石油、氣象、地球物理等個別領域建有專門的國家重點實驗室，但是未形成合力。

最後，超算軟件人才嚴重匱乏。當前高校相關人才培養體系、培養計劃和課程設置落後於超算應用領域的人才需求。同時，科研評價體系難以對超算應用軟件研發做出客觀評價，加上科研經費管理不利於體現軟硬件研究成果的不同價值，軟件研發人員待遇偏低但市場需求旺盛且待遇有明顯優勢，導致應用軟件研發人才頻繁“跳槽”，人才流失嚴重。

多方努力補齊短板

為了解決現存問題，筆者建議：一是抓住歷史機遇，將我國超算的發展模式從超算機器性能拉動，向應用需求拉動轉變。隨著我國超算應用軟件研制和應用水平的不斷提升，二者的差距越來越小，為我國轉變發展模式提供了良好的歷史機遇。我們應抓住這一機遇，探索出一條健康的超級計算系統發展道路。

二是成立若干國家級超算行業應用軟件國家工程實驗室。制定我國超級計算機應用中長期研究規劃和路線圖;當前應著力開展艾級(百億億次)應用相關的基礎問題和關鍵共性技術研究。此外，中心應以重大專項為牽引，集中多學科人才和資源，穩定研發方向和人才隊伍。

三是轉變“重硬輕軟”思維，持續穩定支持超算應用軟件研發。根據超算軟件人才隊伍的實際發展情況和研發能力，適時調整財政支出結構，統籌協調全國超算研制計劃和經費安排，軟硬件經費投入比盡量做到30%以上，遠期目標希望做到1:1。

四是鼓勵國家超算中心聯合應用部門組建行業應用聯合實驗室。實驗室由行業應用方的學科帶頭人領導，國家超算中心提供高性能運算支持並指導或協助進行程序移植，自主研發大型並行應用軟件，並通過應用在用戶中培養人才。

五是重視計算科學學科建設和人才激勵機制。推廣“超算理論＋多學科應用”課程，促進多學科交叉融合。對高水平超算應用軟件科研人員實行兼職兼薪、協議薪酬等模式；採取內外部結合的評價機制，給予超算軟件研發人員公平公正的評價和職務晉升通道。

六是加強人才隊伍的建設，為超級計算的發展提供源源不斷的人才供應。在全國院校推進超級計算相關學科和課程的體系建設，結合並行應用挑戰賽等形式，為超級計算應用領域培養更多更好的人才隊伍。

隨著雲計算、大數據、人工智能、區塊鏈和邊緣計算等新一輪高新技術的快速推廣和普及，以超級計算為核心的算力經濟學越來越成為衡量一個地方數字經濟發展程度的代表性指標。搭建超算和雲計算平台，出臺台超算扶植政策，培養超算人才和隊伍，將超級計算與大數據和人工智能等進行深度融合創新，將成為進行新舊動能轉換的主要手段。

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