●与AI技能深度领悟渐成最紧张的运用

高性能打算：名副实在的“算力皇冠”

近年来，从金融到汽车、从教诲到医疗，人工智能技能，特殊因此ChatGPT为代表的天生式人工智能，正在给全体天下带来颠覆性体验。
在如今这个“人工智能时期”，人工智能技能的发展离不创办事于AI算法演习和推理的高性能打算技能。

本日，我们就来聊一聊高性能打算。

打算机科学的“皇冠”

初次涉及高性能打算，可能许多人会按照字面意思理解为打算性能较好的算法，从而将其列入浩瀚算法之一。
实在这种意见并不全面。

高性能打算之于打算机科学，犹如哥德巴赫猜想之于数学，是打算机学科领域内十分刺目耀眼的存在。

在先容高性能打算之前，我们要先先容一下高性能打算机。

高性能打算机（HPC）是一种运算速率极快、存储容量极大、通信带宽极高的打算机，又被称作超级打算机，紧张用于办理普通打算机办理不了的具有寻衅性的问题。

高性能打算机发展经历了单打算机时期和多打算机时期。
单打算机时期从20世纪60年代开始，以单一内存向量机和对称多处理器技能为主。
20世纪90年代后逐步进入到多打算机时期，个中采取商用网络将打算机连接起来组成的集群逐步成为主流。
直到本日，这依然是高性能打算系统构建的紧张办法。
集群是打算机和网络的结合。
如果说，互联网是从外部将分立的打算机连接在一起，那么集群便是将网络内部化，让网络成为系统内部门歧打算机的沟通桥梁。
往大略里说，实在便是将网络连接的所有打算机看作一个整体，这个新的整体便是高性能打算集群。

或许这样乍一看有些难懂，引用电影《西虹市首富》里的一句台词来阐明，便是“集中火力干奇迹”。
就好比一台打算机，我们平日里用其写写文档、剪辑大略的日常生活***可能还很流畅，但是如果想实现大型三维8K高清动画渲染，就难以胜任，这解释当前打算机的算力已经不支持完成当前的事情了。
此时通过网络将多台打算机进行连接，把这些设备的算力进行叠加，就可以完成一台打算机完不成的任务。

高性能打算集群是将多个打算节点组织起来，通过高速网络连接在一起的大规模并行打算系统。
如果将普通打算比作人脑，那么高性能打算集群便是许多人脑连接成矩阵的“超级大脑”。
在短韶光内，“超级大脑”具有强大的打算能力，可以完成更多打算任务。
相较于普通打算机，高性能打算集群的运算速率能够达到令人弗成思议的程度。

此外，高性能打算还可以通过大规模的分布式打算技能，将单个打算任务分解为多个子任务并行打算。
好比如果须要烹制一桌宴席，一个团队择菜、切菜、炒菜分工明确，多环节同时进行，效率要比一个人独立完成整桌宴席快得多。

高性能打算机采取高可靠性设计，具有超低的故障率以及较好的稳定性和持续运行能力。
这也奠定了高性能打算在打算机科学领域的“皇冠地位”。

没有最快，只有更快

谈及高性能打算，或许不少读者会以为这是近些年来伴随科技发展的新兴产物。
殊不知，高性能打算已经出身并发展了相称长一段韶光。

随着打算机硬件和软件的不断发展，高性能打算在很早以前就成了一个主要的研究领域和技能领域。
20世纪六七十年代，美国超级打算中央、法国原子能和替代能源委员会、日本打算机科学研究所等机构纷纭推出了一批超级打算机系统，奠定了高性能打算的发展根本。
此后，超级打算机进入了快速发展期。
各国投入更多的资金用于高性能打算的研发和运用。
超级打算机性能速率不断提升，各种新兴运用也不断呈现。
1983年12月，中国第一台每秒钟运算1亿次以上的“银河”巨型打算机成功问世，中国成为继美国、日本之后，第3个能独立设计和制造巨型打算机的国家。
2013年6月至2015年11月，中国“天河二号”超级打算机实现天下超级打算机TOP500排行榜历史上的六连冠。

在高性能打算领域，有一个著名的千倍定律——每10年，超级打算机的运行速率就会提升1000倍。

2018年，超级打算机“顶点”以每秒20亿亿次的浮点运算速率峰值，名列环球超级打算机500强榜单榜首。
4年后，在2022年6月公布的环球超级打算机500强榜单中，超级打算机“前沿”的浮点运算速率峰值已经超过每秒100亿亿次。
这显示了超算技能惊人的发展速率。

每秒100亿亿次意味着什么呢？目前主流条记本电脑运算速率大概每秒10亿次，要10亿个这样的条记本同时打算，才能赶得上现在最快的超级打算机。

百亿亿次超算，又称E级超算，已成为国际上高端信息技能创新和竞争的制高点。
目前，天下各国在环球超算领域你追我赶，竞争激烈。
美、欧、日等国家和地区纷纭制订和推进百亿亿次超算研制操持。
中国的3个E级（百亿亿次）打算机原型系统项目，已经全面启动。
欧洲即将推出首台百亿亿次超级打算机“木星”，有望取得打破性的造诣。

当然，研发E级超算，目的并非纯挚比拼运算速率，促进大规模运用、办理国家面临的寻衅性问题，才是关键。

算天、算海、算地、算人

仿真打算、交互终端、智能制造、医疗康健、交通出行……2023天下打算大会上，一幅“打算万物”的图景面向"大众年夜众展开。
谁也不能否认，“数智时期”已经来临，高性能打算因其对更高精度、更大基数的运算任务的精良处理能力，正在被运用于越来越多的领域。

如今，业内人士常用“算天、算海、算地、算人”来形容高性能打算运用的无所不在。

算天——高性能打算广泛运用于景象预报、航天器设计、研究天体物理等。
基于超算平台开拓的风雅数值景象预报系统，能以每12分钟实时刷新未来6小时的气候变革数据，并且准确预测未来15天以上气候变革情形；研制一架大飞机，做全机风动试验过去需耗费数年韶光，利用超级打算机仿照仿真，几天就能完成干系事情；2019年人类历史上第一张黑洞照片终于问世，这张照片凝集了当时天下最前辈的探测技能，也得益于超级打算机对海量数据的剖析和处理。

算海——高性能打算在海洋环境预报、古景象仿照、海洋药物、海洋勘探等领域运用广泛，已经成为人类认识海洋、探索海洋的利器。

算地——高性能打算常用来支撑地质钻探、遥感丈量、重大工程培植等。
2023年5月，中国测绘科学研究院研究团队自主研发了合成孔径雷达干涉丈量超算平台，做事于地面沉降防治、地质磨难隐患识别、地壳运动检测等，也可为油气田开采、采空区塌陷、大型根本举动步伐康健诊断等供应信息支持。

算人——与人的生命康健有关的运用，比如新药研发、基因测序、脑科学等，都离不开高性能打算。
近年来，各种新的检讨考验设备、可穿着设备等，使得年夜夫和研究职员更随意马虎得到个人的康健、疾病数据，有助于从更多维度理解疾病发生过程。
高性能打算可以帮助研究者和年夜夫从大量数据中摸索出规律，从而更加精准地诊断、治疗疾病或者研发药物。

当前，高性能打算最令人瞩目的运用，是超级打算机与人工智能的结合。
有人形象地打了一个比方：如果说，人工智能是一座承载机器智能的摩天算夜楼，那么算法是设计图纸，数据是建筑材料，算力则是地基。
一方面，当古人工智能对算力的需求呈指数式增长，须要更高性能的硬件系统供应算力支持。
从ChatGPT3.0到ChatGPT4.0，其打破离不开人工智能大模型对海量数据的学习。
另一方面，超级打算机并非大略地堆砌硬件就能达到更高性能，其发展须要繁芜而繁多的网络、软件等的互联互通，这便离不开人工智能的支持。
因此，超算系统须要从打算密集型向数据密集型转变，将传统超算、AI算法、大数据相结合，实现具备面向海量数据的高性能剖析能力的智能超算。

人类对超算运用的需求没有止境。
专家表示，超算一贯在帮助人类拓展边界。
宏不雅观扩展如宇宙天体，微不雅观深入像生命科学，还有对一些极度情形的仿照。
超算将连续在这些尖端科学研究领域发挥浸染。

未来发展或将超乎想象

花费约200秒，就能完成传统超算须要1万年才能完成的打算任务——2019年，谷歌公司团队宣告成功演示“量子霸权”。
这个引起轩然大波，一场环球范围内的“量子霸权”争夺战由此愈发激烈。

量子打算是一种遵照量子力学规律调控量子信息单元进行打算的新型打算理论和技能。
与经典打算机比较，量子打算机可以不受物理构造的局限，利用量子位及其相互浸染在瞬间进行大量打算，理论上能够发挥出远超经典打算技能的打算性能。
科学家们预言，当可以精确操纵的量子比特超过一定数目时，量子打算机的能力将会远超任何一台经典打算机。

那么，量子打算会取代原有的经典打算吗？本日，我们彷佛有了一个明确的答案：不会，至少在短韶光内，量子打算无法取代经典打算。

量子打算与经典打算基本事理不同、构造不同，二者所善于打算的问题也不同，因此量子打算机与经典打算机并非“取代”与“被取代”的关系。
从实际运用角度，量子打算永久不会完备取代传统超算，两者各有千秋，将协同事情。

此外，对付量子打算研究来说，实现“量子霸权”只是第一个阶段性目标。
目前来看，量子打算机还处于发展早期，技能上还存在许多寻衅和难点。
“量子霸权”只是证明了在某个特定问题上，量子打算机的打算能力超过现有最强的传统打算机。
比起已经深入社会各行各业的高性能打算，量子打算想要实现商用还须要一段韶光。

不过，这并不虞味着高性能打算就能“无忧无虑”。
近年来，经典打算和量子打算的有机领悟，正在日渐成为重点研究方向。
中、美、日、欧等传统高性能打算强国和地区，正在逐步开展量子打算和经典打算共同实行的稠浊算法，探索量子打算和经典打算的领悟体系构造、打算系统等。

在高性能打算的未来发展中，量子打算技能的地位将愈加凸显。
超级打算机将成为量子打算和经典打算的深度领悟系统，二者互为主要算力补充，面向不同类型的打算问题各自发挥出更大的浸染。
未来的高性能打算，将超乎我们的想象。
（逯心一 范 宽 高莉华）

来源： 中国军网-解放军报