揭秘超算中心凭什么登上中国高性能计算机Top100榜单第三名

计算的商业化，何以搭上了「碳中和」的列车？

作者 | 陈彩娴

编辑 | 岑峰

在 2020 年中国高性能计算机性能 TOP100 的排行榜中，部署在国家超算中心（无锡）的「神威 · 太湖之光」依然稳居第一，国家超算中心（广州）的「天河二号升级系统」位列第二，而荣登榜眼的，却是此前名不见经传的北京超级云计算中心 A 分区。

这一排名，让许多此前并不知道北京超级云计算中心的朋友大吃一惊：「超级云计算」是什么？北京超级云计算中心的「A 分区」究竟实力何在？

尽管大家对 A 分区的研制厂商戴尔（DELL）多有耳闻，但对 A 分区所部署的北京超级云计算中心却几乎一无所知，顾名思义，更容易将其与国家超算中心混淆。

这座超算中心成立于 2011 年，虽由中国科学院计算机网络信息中心孵化、北京怀柔区政府支持成立，但却不在国家的 8 个超算中心之列。

众所周知，我国第一个国家超算中心成立于 2009 年，由天津滨海新区与国防科技大学合作共建，斥资 6 亿。此后，国家又陆续在多个东部城市建立了超算中心：济南、深圳、广州、长沙、无锡、郑州、昆山……

其「政府 + 高校」的合作模式虽与国家超算相似，但自创立之初，北京超级云计算中心的核心理念便注定了它的不同。

从 2011 年到 2020 年，北京超级云计算中心何以从一个籍籍无名的超算中心，成为跻身于中国高性能计算机 TOP100 榜单一员、并仅次于两个国家超算中心的明星超算呢？

在中国高性能计算盛会 CCF HPC China 2021 中，我们有幸采访了北京超级云计算中心的 CTO 郭宇，与他一同探究该中心的「成名之道」。

从建设的模式来看，北京超级云计算中心与国家超算中心有许多不同之处，其中，最大的不同便是：国家超算中心注重科研支持，而北京超级云计算中心的核心理念是超算商业化。

按照郭宇的话说，是「像设计产品一样设计超算。」

被誉为「国之重器」的超级计算机，向来是大国之间的必争之地。长久以来，这也形成了国家超算独当一面、民间超算不为人知的局面。然而，任一行业的发展，必然是多方力量的融合与交汇，百花齐放，从而共同推进领域的前进。

那么，在中国的超算领域内，北京超级云计算中心的位置在哪里？优势是什么？

1

超算市场的形成

回顾 2011 年北京超级云计算中心的成立节点，除了两个国家超算中心（天津与济南）的成立所带来的信号，超算市场的爆发早在过去的五年便有了行业的铺垫与基础：

2005 年以前，CPU 处理器处于「单核时代」，一个 CPU 只有一个核心。如果一台服务器上有两个 CPU，那么，搭建一个 1024 核的 CPU 则需要 512 个节点，12 个机柜，因为一个机柜最多只能装40个节点。而每个机柜的宽度为 60 公分，12 个机柜则是 7.2 米，相当于一个普通教室的宽度。

但从 2006 年开始，CPU 处理器开始进入了「双核」、并逐步拓展到「多核」时代。双核处理器的出现，基于 x86 的计算架构，英特尔与 AMD 在 CPU 服务器市场中的主导地位也就此形成：

2006 年年中，AMD 率先推出 AM2 平台。两个月后，英特尔发布 Conroe，性能直接提高 40%，与此同时，功耗也降低了 40%。但英特尔并不「就此罢休」，同年 11 月又直接推出全新的四核处理器 Kentsfield，直接把 CPU 推进了「多核时代」。

与单核的 CPU 相比，多核 CPU 的并行处理能力更强、计算密度也更高，并大大减少了散热与功耗。后来，CPU 出现了 8 核、12 核、16 核……目前一个 CPU 最高已能达到 64 核。对于许多关注高性能计算的行业从事人员来说，他们认为，多核 CPU 必然会带来计算与任务的并行化，也就是说，超算市场在未来会迎来爆发。

因此，回顾超算市场的发展历史，在 CPU 进入「多核时代」后，北京超级云计算中心的成立，是卡在了CPU算力爆发的起点。但当时，北京超级云计算中心还未正式开始商业化的探索，前期工作也主要以维护中科院计算机网络信息中心的超算集群，支持院内科研项目为主。

除了技术的加持，国家超算中心的陆续成立，也逐渐在国内孵化了一个算力的市场。

国家超算中心的建设模式是：科技部与地方政府各出一部分资金建设好国家超算中心后，在运营阶段，超算中心的部分运营费用由地方政府的财政补贴，同时，国家部委和地方政府向部分高校科研人员开放课题申请，由高校科研人员从课题经费中支出部分资金到国家超算中心去采购计算资源。

在这样的模式下，国内逐渐形成了一个商业循环的算力市场。随着国家超算中心的出现，科研院所与高校逐渐缩减自建超算的规模，增加对外部超算资源的采购。如此一来，超算市场的用户越来越多，对超算的需求也不断增加。当市场扩大到一定的程度，必然会出现分化，分为尖端超算市场、通用超算市场与行业超算市场。

对于国家超算中心来说，服务如此分化明显的市场并不是一件易事，且国家超算中心存在的目的主要是支持国家大课题（如航空、宇宙、气象等）、推进科研进步。这就造成了超算市场的服务缝隙：海量需要超算资源的小课题用户在提出需求时，并不能得到满足。

正是看到超算市场的这一缝隙，2018 年，北京超级云计算中心开始了超算商业化的探索，希望能够提供「随需扩容」的计算服务，满足尖端超算以外的大规模通用超算市场。

2

超算商业化探索

中国高性能计算机 TOP100 的榜单排名由超级计算机计算能力决定，而计算能力主要由超级计算机的单节点性能与集群规模决定。

北京超级云计算 A 分区的 Linpack 测试性能达 3.743PFlops，计算峰值性能达 7.035PFlops，CPU 核数达到 192000，几乎是第四名往后的计算机的三倍及以上。

据郭宇介绍，A 分区从 2019 年年底开始建设，而后在 2020 年逐步扩容到 3000 节点，背后的原因并不是为了争夺 TOP3，而是为了满足客户的需求。

在郭宇看来，国内的超算市场可以大致分为三类：尖端超算、通用超算与行业超算。其中，国家超算中心所服务的需求市场，便主要是尖端超算市场，满足尖端超算需求的超级计算机，以难度高、设计性能平衡为主，要兼顾计算、访存、通信与 I/O 等，服务对象是国家级的科研项目，重点是出成果，而不是盈利。

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