粱钦:大家好,欢迎收看《走进超级计算》系列访谈,这几天我们知道一个大片在热映,《泰坦尼克号》正在热映,我们知道这部电影在十几年前其实都已经应用到了超级计算的全新的技术,谈到超级计算我们感觉到它特别的神秘,但是又与们生活密切相关,为了揭开超级计算的神秘面纱,我们意邀请到了北京应用物理与计算数学研究所研究员袁国兴,袁老师,请袁老师给我们介绍一下超级计算之间的一些小故事。第一个问题请袁老师介绍一下什么叫超级计算?超级计算到底都包括哪些?
袁国兴:现在超级计算有好多个名字,不同的书上有不同的叫法。有的叫超级计算,有的叫高性能计算,有的时候叫数字模拟,有的时候叫数字试验,以后像美国的能源部都是试验武器的试验都是拿到场地上去的,他说他说到2040年以后只要在计算机上做试验所以叫数字试验就可以完全替代场地上的试验了。这个名字很多,但是他有一本书有的时候叫计算科学,这是美国总统信息技术咨询委员会写给布什总统的一篇报告,里面就超级计算,计算科学或者叫高性能计算,刚才我讲了很多有很多名字,有一个定义,我觉得定义很好,因为写给总统看的所以他写的很通俗,应用的咨询委员会报告里面给了两个定义;一个定义叫通俗的定义,通俗的定义怎么讲的呢?所谓计算就是应用计算能力解决真正的事件、问题。这是通俗的问题,大家一听很清楚了。第二个稍微学术一点,叫利用先进的计算能力了解和解决复杂问题。
听着有点绕口,不像通俗的定义,但是意思是一样的,反正利用计算解决大家碰到一些比较困难的问题,复杂的问题或者现实的问题,大概就是这个意思。这个就是我们认为他给出这个定义比较容易懂,大家也比较理解。所以现在国外也讲超级计算,基本上都用这个名词。
粱钦:超级计算机有哪些构成?因为刚才您讲不同的有超级计算有超算,超级计算,里面有哪些组成?
袁国兴:超级计算主要包含三个大的部分,一个部分叫应用软件,就是你有了机器,你没有人才怎么把这个问题到这个机器上算软件话,或者有的时候叫程序,你定型了以后一般叫做软件,软件通过嫁接程序把你想要的问题——解决。
粱钦:感觉像操作系统,应用系统。
袁国兴:计算机系统称作系统软件,咱们用户表现得这个程序叫应用软件,应用软件包括三个步骤;第一个叫问题解模,有的地方也叫数学解模,刚才讲个可观事件,整个事件的问题经过风险把它抽象出来,变成一个方程或者变成一个模型,有的时候有的问题可以解决方程,有的时候写这种方程,但是都能够写成一个模型,我们称作物理模型和数学模式,两种叫法也是对的。这个模型要真正反映像研究许多客观的东西,这一点是非常之难的一件事情。美国像能源部搞武器的,他大概做了1149次试验,他仍然认为他现在距离这个方程还没有真正反映他要研究的核武器的这个东西,所以他想用几十年的时间,到2030年来解决这个问题,现在他们建立这套方程是建立在使用上的,不是建设在科学上的。但是我们也进行了讨论,计划是可以定的,有几十年的时间你不知道很多技术会怎么发展?所以这个问题大概是软件里面,机器运行里面最主要的问题,你想想你一个错了,后面的一切都错了,但是你建立起来的这个模型,尤其是物理方程或者数字方程都是连锁的方程,计算机不能算的,计算机只能把连锁的东西分成一块一块的,第二个把连锁的东西变成离散的东西,离散的东西有两个部分,客观事情,像天气预报、地球、海洋,我不可能把计算机里面把地球装进去,要把地球跟海洋分成一个一个网格,多少经纬度一个网格,在这个网格里面定义我这个量,所以这个是理想的第一步,把你连锁的区分成一块一块的区域。第二个建立一条连锁的方程嘛,变成一个理想的方程我们叫X分方程,这个好象没有办法更通俗的话讲。第二部把连锁的东西变成离散的东西。第三个叫计算方法的研究。第三个这个东西还不能拿到计算机里面,计算机里面有一个专门的我们叫做语言,按照它这个语言把离散的东西把计算机能够算的或者前后的次序组合的方式使得计算的方式更快、更正确,我们叫算法,然后把这个东西按照语言变成程序嫁接进去,现在用的语言叫(英文)语言,叫C语言,像我那个时候搞的是嫁接程序都是数字一条一条来弄的,现在用的比较多的就是C语言跟(英文)语言比较多,用这个语言把你刚刚的东西变成一个程序,这样就经过三步应用程序就出来了。这是超级计算里面的第一个应用软件。第二个就是计算机了,你光有应用软件,没有计算机也算不了,所以第二个就是大的计算机平台,就是现在机器越走越大,
粱钦:机器在这里面更重要一点。
袁国兴:我可能搞应用的,我们的观点应用软件比计算机更重要,为什么?美国和我们都有一句话,叫应用指导计算,你这个研究计算机干什么的?就是为了用的,你什么样的计算机研究好?就是能符合客户,客观应用的需要的计算机才是最好的计算机,但是谁也做不到一台计算机你能用,他也能用,因为每个用户要求不一样,客观的世界太复杂了,你把客观的世界变成某一个,你要求一台计算机都适应各方面的要求根本不可能,所以现在大家都知道一般叫(英文)系统,(英文)或者(英文),这个用得比较多就叫(英文),还有一种NPC(音)这个比较里面要求比较高,一会我们会讲这个东西,这个要求比较高,一般称做美国和我们叫高端计算,对计算机的要求比较高。我就举用得最多的计算机,实际上还有很多细微的结构的差别,不同的用户他方程建立的要求是不一样的,他对计算机的结构要求是不一样的,所以我们称做所有的高性能计算都是应用的需求,就是应用推动高性能计算的发展,所以这句话包括所有人包括研究计算机的人都认可的,但是做到这一点非常之难,所以这是第二点。现在我用的计算机是中国第一台104计算机,内存几百——
粱钦:还不如现在手机呢?
袁国兴:差远了。所以说到现在像“天河一号”基本上理论是两千多万亿次,像日本的是亿次,他Linpack也达到一亿次,他Linpack什么叫Linpack效率?也达到了非常高的程度。不光应用软件,还要计算机,这个事情我深有体会,因为我是以前搞理论的,我们有很多理论研究,那个时候没有计算机,真苦,就是用手算,很多人一步一步手算,后来又了计算机解放了很多劳动力,而且推动了我们研究,计算机能够使进展的速度加快,而且研究的结构更精确,更符合人们的需求。第二个计算机它会推动应用的发展,返过来应用对计算机提出新的要求,所以这两个互相促进,息息相关的东西。
第三个叫计算环境。你光有计算机,你没有机房,没有管理,没有通讯设备,没有系统,你这个东西还是不行,一般讲基础设施和高性能计算基础设施都放在里面,假如你是计算机系统这个可以包含在里面,也可以是两个部分,但是一般我还是按照委员会里面的讲话来讲,基础设施作为第三个东西讲,应该包括三个部分,应用软件,包括CPMD。第二个高性能计算机,包括高性能软件和硬件,第三个就是弄在一起的基础设施。
粱钦:听了袁老师的介绍大家对超级计算的有一定的了解,我们感觉那么超级计算机还是在高精尖的领域,超级计算机或者高性能计算算跟老百姓工作生活有哪些密切的关系介绍一下?