冬春之際，霧霾易發，能不能“預算”出次日乃至未來幾日的空氣質量？近日，上海市環境監測中心與上海超級計算中心合作，建設長三角區域空氣質量預測預報中心，為各省市提供區域性大氣污染的預報預警服務。其間産生的海量數據，少不了高性能計算及存儲條件，離不開上海超算中心的主打機型“魔方”。

　　然而，在最新一屆全球超級計算機“TOP500”榜單上，曾位列世界第十、亞洲第一的“魔方”機型，先後被“天河一號”、“天河二號”等更快機型超越，目前在“超算五百強”中僅僅排在第360名，並且成了服役年齡最大的上榜者。作為國家和城市創新競爭力的象徵之一，上海超級計算機如何在建設全球科創中心的背景下，實現新的轉型與二次創業？

　　後來居上，不進則退

　　在位於張江的上海超算中心主機房內，由幾十個機櫃列陣組成的“魔方”機組仍在堅持工作，但監控屏幕上的小片灰色默默顯示著它的“力不從心”。“灰色區域就是壞掉的計算單元，如果修不好，我們就會拔除其與並行系統的連接，以免影響其他部分運算。”上海超算中心首席科學計算工程師王濤告訴記者，如今這樣的灰色區域正逐漸變大。

　　“魔方”在短短6年內經歷了一段硬體興衰史。2009年，上海超算中心引入國産超級計算機“魔方”。這臺造價2億元、每秒峰值運算速度超過200萬億次的超級電腦，以“中國速度”的光環加身。投運第一年，就兩度躋身全球超算五百強前十。然而僅隔一年，另一套國産超算系統“天河一號”以每秒運算2570萬億次的實測速度首登全球榜首，落成于廣州的“天河二號”更是在隨後幾年中以每秒運算33860萬億次的數量級“超速度”，再次代表中國問鼎全球，至今已四度蟬聯世界上最快電腦的名號。

　　在日新月異的超級計算機領域，幾乎每天都在上演一次重新洗牌。仍維持“百萬億次”運算水平的“魔方”，比起“千萬億次”甚至“萬萬億次”的後來居上者，正處於不進則退的窘境中。

　　上海超算當年還是全國首個面向社會開放的高性能計算公共服務平臺，而當國內“千萬億次”的超級計算機紛紛落戶廣州、天津、深圳、濟南等地，從上海投奔其他超算中心、乃至自建超算中心的想法在一些重要用戶的頭腦中萌生。

　　求速度，還是求應用

　　業內人士清楚，在超級計算機這個圈子裏，追求速度是“沒底的”。其實這與消費級電腦産品類似，作為超級電腦的超算機，其更新換代、優勝劣汰的速度更快，甚至超越了“每18個月翻一番”的摩爾定律。

　　在此意義上，沒有算得最快的超算，只有用得最好的超算。打個比方，iPhone6比iPhone5快，但一台裝有各類最佳APP應用的iPhone5，要比一台只有預裝程序的iPhone6更有用。

　　這種用好用足超算資源的發展觀，在圈內越發流行。對最新的第44屆全球超算五百強榜單分析可知，相比于1993年首次發榜以來的硬體加速趨勢，這一次全部500台機組的性能增速顯著放緩，處於近年來的最低位。可以説，這是對業界“重硬輕軟、速度放空”現象的一種回撥。

　　因此，對於不免帶著“先天缺陷”的上海超算中心，提高軟體水平，拓展新型應用，正是其“二次創業”的轉型機遇。

　　事實上，無論是氣象天文、地質勘探、石油開發等傳統大規模科學與工程計算領域，抑或是汽車碰撞、藥物篩選、基因研究等新興領域，都離不開高性能計算的基礎性支撐。作為科技創新三大手段中的“計算模擬”環節，上海超算中心是滬上唯一平臺，為科創中心建設提供了重要支點。如ARJ21-700支線飛機、大型客機C919的設計項目，都在上海超算中心開展了大量虛擬安全分析與倣真模型計算。

　　長三角區域空氣質量預測預報中心的高性能計算項目，正是未來上海超算中心的新應用與新動向之一。作為大氣污染聯防聯控的重要支撐，超算中心將解析未來7天長三角30個地區的17種污染物成分，涉及汽車、電廠、居民源、鋼鐵水泥、其他燃煤與生物質燃燒等十大行業。最終，為老百姓回答“空氣污染的具體成分是什麼”、“由本地産生還是從外地吹來”、“何時會來又在何時緩解”。

　　上海超算中心主任周曦民認為，此舉不僅將有效推動空氣污染防治，也將促進上海超算中心本身的業務能力發展——從單一的高性能計算服務業務，向高性能計算與大數據、雲計算相結合的多重業務，並向基於網絡的集群計算業務發展。

　　同樣，上海超算中心還擬承接上海市海洋信息中心關於海洋數值計算的業務，通過對颱風、污染物、溢油等數據模型的運算處理，提供48小時溢油擴散應急預警、168小時鹽水入侵預報等。

　　求規模，還是求協同

　　隨著超級計算機的“普及化”，超算中心在各地開花，機群規模日益大型化。超級計算機無論其建設費用還是其開機後的運維管理費用，都是一筆巨大開支。若各大高校院所及企業均自行建設超級計算機，那需要一筆天文數字的經費才能滿足。

　　以較早的上海超算中心為例，運行至第15個年頭，累計硬體投資為5.48億元，目前一年所需電費逾2000萬元。而新建的國家級超算中心，一期建設費用可達25億元，電費更是每年近億元。

　　顯然，不分地域大批佈局超算中心並非上策。為此，上海超算中心依然堅持集中公共財政，集約建設一個計算資源密度較高的中心，在深挖潛力上做好文章。

　　例如長三角區域空氣質量預測預報，其數值預報系統每日運行2次。“如果我們在每日早晚各半小時均有一次天氣數據的計算，那麼剩下的時間可以幹什麼？”王濤説，很多應用學科難以在8小時內完成全部數據的計算任務，因此可以見縫插針在此期間放置其他中小計算任務。另一方面，中心為填補“魔方”陣列使用中的不足部分，已引入中小規模的“蜂鳥”集群計算平臺，與各工業領域項目協同，進行輔助計算服務。

　　而上海超算中心的主要協同創新方向，正是指向工業領域。儘管上海超算中心的用戶累計已逾1000家，但科學用戶與工業用戶的佔比仍十分懸殊。根據其年度報告，在用戶機時統計中，高校及基礎研究院所的用戶分別佔比50%與38%，工業企業僅為8%，大有潛力可挖。

　　規模獨大不如協同共享。上海超算中心也在策劃市場化之路，並利用這部分營收支撐了部分運營費用。比如上海核工程研究設計院就與上海超算中心協商，成為上海超算分中心。由超算中心在核工院內代建一個小規模超算機房，機房資源與中心資源專線互聯，當大型計算任務來臨，系統可自動將作業遷移至中心平臺上。在“1+N”分中心模式基礎上，上海超算成為滬上“工業雲”用戶聯盟之一，合縱連橫共建雲計算生態環境，為工業用戶提供第三方計算服務。

　　從全部依靠政府投入轉向政府投入與市場投入相結合的建設模式，從政府投入為主轉向政府購買服務與市場運作相結合的運營模式——轉型路上的“魔方”，也可以轉得更順更快。（記者 徐瑞哲 實習生 黃楊子）