高性能计算：从阳春白雪到惠及大众
“高性能计算（HPC）是解决全球挑战性问题的重要手段，是促进国家经济建设、社会发展和科学研究的一个利器，也是世界各个发达国家争夺的制高点。”日前，国家863、973计划重大专项组组长钱德沛教授在北京召开的2018联想全球超算峰会上指出。
不久前，在2018年国际超级计算机大会上，联想以117套超算系统的份额，在全球高性能计算机TOP 500榜单中首登第一，成为全球最大超算平台提供商。而这比其当初目标2020年拿到全球第一提前了两年。那么，联想如何让超算能力有了加速度，核心实力是什么，在哪些方面惠及人们的生活？
从学术科研到落地企业级应用跨越
一般来讲，个人电脑无法处理的大资料量与高速运算，而高性能计算机群可以胜任。虽然它的基本组件与个人电脑的概念无太大差异，但其规格与性能则强大许多，现有的超级计算机运算速度快到可达每秒一兆（万亿）次以上。
每年全球会把全世界计算最快的计算机排个名，一共排500个，在此角逐中，以往大多是学术研究机构位居前茅，而这次联想作为中国企业反超惠普，获得第一的成绩并非偶然。
从本世纪初，联想进军高性能服务器领域，2002年研制“深腾1800”成为业内首个实际速度超万亿次集群系统，之后，不断推出深腾6800、深腾7000等系列，使国产HPC最早进入全球TOP500。2014年收购IBM的x86团队，在深腾系列中注入新的技术元素，如内存加速、双轮对转式风扇等。
传统的高性能计算最早应用于科研和教育，主要面向中科院和学校，很少接触到企业级的客户。因此业内专家评价，联想夺冠意味着推动HPC从学术科研到落地企业级应用的纵深跨越。
“随着国家的投入，基础研发速度的提升，联想逐渐显露出其技术优势，特别在制造领域占有一定的市场率。因为这些企业对平台的可靠性要求更高，不像学校要求相对简单，也没特别高的时效性。但是在企业制造过程中，规模体量大，要在一定的时间内完成，若计算平台不可靠，会带来很多问题延误工期。联想超级计算机可极大满足这方面用户的需求。”联想高性能计算资深架构师郝常杰介绍说。
长城汽车IT管理本部系统科负责人林海鑫表示，基于联想HPC集群，使长城汽车的计算能力平均提升4倍，单日作业量提高6倍，研发速度整体提高3倍，在流体研发仿真方面，计算能力平均提升2-6.3倍，极大地提升了产品研发的周期，简化日常管理和运行维护的工作，相比以往单机计算有了根本性的改变。
用创新技术降温及提升计算力
目前，世界各国如同百舸争流都在冲击E级计算（百亿亿次），可以说，每隔十年，HPC峰值性能会提升1000倍，而随着运算速度的不断改善会产生大量热量，若不能迅速降温可能导致机器毁于一旦，产生不可挽回的损失。由此，确保超算设备始终在一定的温度至关重要。
针对这一问题，8月底，联想继续推出第三代温水水冷解决方案“海神”系统。联想集团副总裁、高性能计算及人工智能事业部总经理马杜·马塔指出，“第三代温水水冷技术，包括Direct-to-Node温水水冷技术、后门热交换器、以及由空气和液体冷却组成的混合冷却技术，可让数据中心的能效运营效率提高50%，有效保障超算的低功耗、高效率大规模应用。”
为什么用温水为超级计算机“制冷”？“水有巨大的比热容，所以同样的温度变化和同样质量时，水吸收或释放的热量最多，而且水的粘度较小，输送时阻力也小，无毒也没腐蚀性，作为‘制冷’介质比较理想。”联想数据中心业务集团中国区方案营销总监李炜答道。
“所用的是常温水，温度范围在18-50℃，降温过程无需在节点提供冷冻水，这样就不用制冷机消耗电能，实现全年自然冷却；用温水如50℃水进入，出来后升温10℃之后，可以把水中带的余热循环再利用，如加热建筑和设施、为办公室供暖。而第三代温水水冷技术与之前相比，制冷效率更高，由于能够保持性能稳定，还可提高运算性能，速度提升3%-5%。”联想HPC高级架构师张莫穷进一步解释说。
在联想全球超算峰会现场展厅展示了可为HPC降温的联想水冷系统，只见经过特殊处理的温水在铜制冷却管内循环流动，通过服务器进口直接给处理器、内存、I/O卡等重要部件实现冷却。“在现实中应用发现，自然水冷系统替代了传统的风扇系统，这就是明显比之前的空气冷却系统噪声小的原因。”李炜补充道。
据统计，在全国68所985高校中，有49所高校正采用联想全面的HPC和AI解决方案来进行科研研究。其中，今年初北京大学建立高性能计算校级公共平台——“未名一号”，采用的联想深腾X8800超级计算机系统是中国首个45℃温水水冷的超算中心，提供HPC集群计算力高达1000万亿次，可节省50%制冷散热成本，每年将节省60万度电。
促进多领域智能化和数字化转型
超算看似阳春白雪，其实涉及到“数理化天地生”，已经与普通人的生活息息相关。
童夫尧表示，长期以来，高性能计算的发展水平一直是衡量国家综合国力的重要标志。特别是近几年，其应用领域也得到极大拓展。人工智能、基因测序、气象海洋预报、仿真模拟、军事装备研究等诸多领域，都在利用HPC的强大计算力推动民生与国民经济的不断升级。联想作为全球最大的HPC解决方案供应商，将超算系统应用服务于诸多领域，帮助用户实现智能化和数字化转型，惠及大众。
“现在，联想一方面着眼不断提升整体计算能力，另一方面，看重在整个市场上有多少套种产品，是否能够真正解决客户业务中的实际问题。”马塔强调。
值得一提的是，近两年联想自主研发新一代深腾8810集群，“与传统HPC相比，其加入对人工智能（AI）的全面支持，涉及软件（LiCO）、应用等层面，拥有多项HPC和AI关键技术，包括46项国家发明专利。”联想集团高级副总裁、数据中心业务集团中国区总裁童夫尧介绍说。
“目前，联想融合主流人工智能框架新一代的智能超算平台LiCO，不仅可以支持各项深度学习应用，例如Tensorflow、Caffe、MXNET等，提供端到端的解决方案包含数据预处理、训练、参数调整、过程监控和测试等。同时，作为一个管理平台，也极大提高超算的运作效率。”童夫尧解释道。
据介绍，联想HPC在国内各行业的应用逐年增加，取得丰硕成果：为“神舟十一号”载人航天发射任务提供强大技术保障，尤其在轨道计算、模拟仿真、航天器设计等关键事件中承担重要计算工作；为国家海洋局搭建一套高效海洋环境监测预警高性能平台，不仅大幅提高监测数据的计算、分析、处理功能，充分满足科研上的需求，还能够确切反映海洋环境质量状况或污染程度，为海洋环境科学研究提供可靠的环境信息，提升我国对西太平洋海域的环境监测能力、管理能力及预警能力；为生物科学领域海量数据的研究提供超强计算能力和大容量存储服务，协助国内外医疗机构的癌症、大脑研究.....
