记者周洁
也许你不敢相信，在不远的将来，只要打开手机随手一点，就能准确预知一年后的天气变化情况，甚至可以在医生开药后，让孪生“数字人”作为小白鼠帮你提前试用药物效果……当然，如果没有超级计算机的“超级大脑”承担大部分计算，这一切美好的愿景都只是“纸上谈兵”。
你有所不知的是，在我国就搏动着这样一个目前世界上最快的大脑——“天河二号”超级计算机。11月份最新公布的全球超级计算机500强榜单中，“中国智造”的“天河二号”以每秒33.86千万亿次的浮点运算速度，再次站到了超级计算机的全球最高领奖台上，这是天河系列第四次登临世界超算之巅。
“超算技术的实力体现出国家的综合国力，而超算技术的应用则体现出一个国家运用能力的方向。”石家庄铁道大学信息科学与技术学院网络工程与技术系教师王威表示，“天河二号”具有惠及民生的能力，如能善用将引导各行各业做出创新型的改变。
最强“大脑”有多强？它运算一小时相当于13亿人算1000年
对于超级计算机，相信大多数人对其比较陌生。“实际上，超级计算机的基本组件构成与个人电脑并没有太大差异。”王威表示，之所以被冠以“超级”二字，是因为它的体积较普通pc要大许多，计算性能也更强大。
据介绍，“天河二号”由170个机柜组成，占地面积720平方米。在一排排高大的黑色机柜里，一共装有3.2万颗主cpu和4.8万个协处理器，共有300多万个计算核心。王威说，假设现在一般电脑都能达到4个核心，“‘天河二号’拥有312万个核心，几乎是近80万台个人电脑同时工作，解决同一个问题。”
拥有如此多的计算核心，让“天河二号”的运算速度也十分惊人。据测算，“天河二号”的峰值计算速度达到每秒5.49亿亿次，而持续计算时的速度每秒可达3.39亿亿次。这是个什么概念？王威打了个比喻：“假设每人每秒钟进行一次运算，‘天河二号’一小时的运算量，相当于13亿人同时用计算器算上1000年。”
按照计划，“天河二号”已在进行二期建设，预计到2015年底前，运算速度将翻倍，峰值计算速度将达每秒10亿亿次。“这也就意味着，届时完成13亿人1000年的计算任务，到它手里只需半小时就可搞定。”王威说。
当然，这个巨无霸还得拥有一个“超级胃”。据王威介绍，“天河二号”存储容量相当于存储每册10万字的图书600亿册。
有着如此强大的“大脑”和高容量的“胃”，“天河二号”到底有多快？王威举例说，“比如用传统手段研发新车，一般要经过上百次碰撞实验、历时两年多才能完成，而利用‘天河二号’进行模拟，只需3到5次实车碰撞、两个月即可实现。再比如，几年前为了制作《阿凡达》3d动漫渲染效果，导演卡梅隆动用了近4000台工作站，历时一年多才完成。而如果用‘天河二号’，只需一个月就能搞定。”
超级计算机有啥用？打造孪生“数字人”帮病人试手术
那么，这个运算能力惊人的“大块头”究竟有啥用呢？“实际上，这个庞然大物无时无刻不在影响着我们的现在和未来，与老百姓息息相关。”王威说，除了探月工程、载人航天、基因测序等科研项目外，“天河二号”已经在天气预报、石油勘探、飞机制造、大气治理、娱乐产业等应用领域“大显身手”。
王威介绍说，截至目前，“天河二号”已先后为250多家用户提供计算服务。借助“天河二号”的“计算神功”，国产c919大型客机开展了高精度外流场气动计算；中科院上海药物研究所开展了75万个小分子化合物的结合亲和力评估，完成了600多个各类药物的体内外活性测试评价；“天河二号”还支撑了广州市电子政务数据管理系统和云盘存储系统，为智慧城市建设搭建高效可靠的承载平台。
不仅如此，有了“天河二号”，中长期天气预报也将不再是难题。“现在只能做短期预报，比较准确的可能只有2至3天，但只要速度足够快，计算精度足够高，1年的天气预报都有可能，这对国民经济安排更有用处。”此外，海啸地震等自然灾害预警的解决同样需要超算支持，对地壳运动、大气运动都可以实现模拟预测。通过超算，还可以明确各地的雾霾成分及生存机理，实现雾霾天气全预报，这对治霾将起到重大作用。
不过，在王威看来，天气和常规地质灾害的预报只是超算的传统应用，它的更大“用武之地”在于现代人自身的健康管理，为疾病治疗带来新曙光。他举例说，比如可以做一个百万人的基因库，哪些人在基因或者演变中容易出现错误，可以通过基因测序产生预防效果。更有意思的是，未来在“天河二号”帮助下，你还可能拥有一个与自己代谢功能相似的孪生“数字人”，在根据具体病人构建的“数字人”上，医生可反复模拟开刀斟酌出最佳手术方案。
普通人能否用得起？只要0.05元/每核小时
如此高精尖的科技巨作，普通百姓能否用得起呢？王威介绍，让人惊喜的是，“天河二号”将向社会提供公共服务，不以盈利为目的，只要求收回成本。据了解，电力消耗以及光纤通讯的费用问题是目前“天河二号”要面对的两大问题。“天河二号”满载功率为17.808兆瓦，如果整个系统满负荷运作一天，以每度电1元价格计算，每日耗电费约40万元。
“听上去每天光电费就要40万元有点儿贵。”但王威向记者算了一笔账，将一天的电费平摊到每个核心，成本是0.05元/每核小时。“如果不考虑折旧和人工，按此计算，这就相当于24小时使用一台个人电脑的费用才1.2元。”
在王威看来，不仅平摊费用不贵，更关键的是，为用户带来的时间成本和经济效益是不可估量的。比如，中科院上海药物研究所筛选75万个药物，只需半小时就能做完，只用了1/20台超级计算机，花费是7500元。“如此大的工作量只花费不到1万元，但带来的效益是不可估量的。”
虽然是高大上项目，“但‘天河二号’走的是亲民路线。”王威介绍，超算平台不仅只面对大型企业，其运算能力同样可以为中小微企业服务。通过超算技术，个人不仅能利用动漫渲染平台完成一部动画片制作，还可以研制出虚拟试衣、模拟试驾等应用项目。王威介绍，比如服装店老板可以在数字平台上操作，根据自己的消费人群设计虚拟人形象，使之试穿衣服，供消费者选择。
不仅如此，新产业革命背景下，配合强大的运算能力，将实现的不仅是私人定制，更广阔的是私人制造。“某种产品从设计到制造，一个人就可以完成。一些设计思路可以直接转化为产品，减少了众多中间环节，降低了产品的生产成本。”王威说，不用花上太多钱，你随时可以申请运算能力，辅助你完成一次私人制造，也许是一件衣服，也许是一张沙发，甚至是一套“钢铁侠”盔甲。
超算应用还有啥难题？应用软件国产化程度不够高
就在500强排行榜宣布的几天后，美国能源部公布了“珊瑚”计划，将建造两台运算速度比“天河二号”快3至5倍的超级计算机。对此王威说，在超级计算领域，国际竞争相当激烈，多国交替领先也将成常态。
在未来的超级计算机竞赛中，中国将怎么走？“‘天河二号’连续4次获得全球最快计算机称号，这是值得国人骄傲的事。但是超级计算机是一项庞大的系统工程，计算能力只是其中的衡量标准之一。”王威认为，在计算机人才和软件方面我们国家目前存在短板，受限于软件开发和应用支持，超级计算机运行时的资源利用率低下，造成一定浪费。
今年6月底，“天河二号”正式开门迎客，有需要进行超算的中小企业、大学生、市民等都可以申请，申请几乎零门槛。然而运行两个月后，个人申请仍然为零，中小微企业申请意向也是寥寥。
对此，王威称，其实“天河二号”完全可以是普通玩家的池中之物。他坦言，使用“天河二号”确有一定技术门槛，但这并非本质障碍。目前来看，中国开展超级计算机业务的时间还很短，相关应用软件还没有做得很好，超级计算人才缺乏，这些都是阻碍超级计算机应用的重要瓶颈。
王威认为，要突破现有瓶颈，一是超算涉及各行各业，需要更多学科的专业人才共同协作才能充分利用。此外，针对目前“天河二号”软件方面的短板，应该加强政府激励和市场主导下的国产化操作系统及其应用的推广工作，因为国产操作系统才是国家信息技术产业发展的核心推动力量，是充分发挥“天河二号”作用的唯一途径。
“相信在不远的将来，当用户操作超级计算机软件，就像iphone软件一样，几乎不用看手册就会用，需要什么动动手指触屏便可设计、观察、评价，那时候超级计算机就会进入寻常百姓家了。”王威向记者说。