【IT168 专稿】【前言】：公共计算平台作为一个城市现代化水平的重要标志，能自觉、主动地在学术和市场间广泛合作，游刃有余，串接起不同的价值链，让更多的人力资源、资金、技术、商誉更快地流动和转移，其带来的经济效益和社会效益巨大，是区域经济可持续发展的必然选择！

一、引言

    高性能计算机系统不可替代的优势，是为工业、商业、政府决策支持等领域的计算密集型应用和数据密集型应用提供快速、精确、海量数据的处理平台。

    当前，高性能计算机系统应用广泛，如情报分析、信号和图像处理及自动目标识别、武器系统集成模拟和测试等国防应用领域，气象气候、地球物理、空间物理、天文物理、高能物理、粒子物理、凝聚态物理、加速器物理、生命科学、材料设计和模拟、系统科学、人工智能、医学等基础科学研究领域，航空航天、舰船、能源、电子、电气等领域中的计算流体力学，有限元分析、电磁分析、多场耦合分析、系统性能分析等工程产品设计领域，金融数值模拟、商业数据挖掘、类物流系统规划等商业应用领域，传染病扩散、社会动力学、宏观经济学等社会学研究领域，环境保护与生态整治对策分析、城乡建设与居住环境规划、城市电磁污染分析、减灾防灾决策支持、人口普查、人口预测、人口规划、城市产业经济发展规律及机制等的模拟、城市交通规划与优化、城市零售等服务网点规划、城市不同时间及空间尺度上的形态演变等政府决策支持应用等领域。

    公共计算模式则是最好的一种高性能计算应用及运营模式，一方面，公共计算平台实现了资源集中，客户能够使用的资源规模极大但获得成本低，可以使更多的科研工作者从繁琐复杂的维护工作中解脱出来；另一方面，公共计算平台紧耦合资源聚集使用模式使得计算资源保持较高的稳定利用率，整体节约社会投资。最后，高性能计算应用的完成需要多学科知识的交叉融合，公共计算平台可做为现代服务业的载体，串接起产业链中不同的环节，在业界开展广泛合作和持续的互动，形成各方共赢的局面。

目前我国最快的超级计算机——曙光5000

二、全球公共计算平台现状及趋势

    在过去10年，高性能计算应用领域正从科学计算领域向商业计算、信息化建设领域拓展，应用的种类不断增多，普及程度逐渐深入，使用者也从专家型研究人员向普通用户拓展，以2008年11月公布的全球最快高性能计算机TOP500排行榜为例，排在前10名的应用领域分别为科研、金融、地球物理、半导体、服务、软件、后勤服务、硬件、信息处理服务、能源、互联网，共占据311台，占总数的62.2%。当前，在以解决高性能计算机所面临的扩展性、可靠性、功耗、均衡性、可编程性、管理复杂性等挑战为宗旨的高效能、多核、虚拟化等诸多技术的推动下，一场在全球范围内的高性能计算平民化运动正在拉开帷幕，我们也称之为“泛高性能计算时代”。

    从全球范围看，公共计算平台在主要工业化国家和第三世界的部分大国都有大量部署，其中美国数量最多。2008年11月的TOP500排行榜中，58.2％的机器安装在美国，66％的总计算能力由美国掌握。其次是英国，拥有9％的机器和5.4％的总计算能力。

    在美国主要是政府机构支持公共计算平台的建设，如能源部(DOE)、国防部(DOD)、美国自然科学基金(NSF)，很多州政府也直接为国家、州或大学各级别公共计算平台提供资助。美国最知名的超算中心包括圣地亚哥超级计算中心（SDSC）、美国国家超级计算应用中心（NCSA）、匹兹堡超级计算中心(PSC)、劳伦斯•利弗莫尔国家研究所（LLNL）、美国阿贡国家实验室（ANL）、美国橡树岭国家实验室（ORNL）等。

美国国家超级计算应用中心（NCSA）里的服务器集群

    欧盟在每一期欧盟研究与技术开发框架项目中，均对高性能计算投入巨资。英国是欧洲最大的超级计算使用者，主要有爱丁堡并行计算中心（EPCC）和曼彻斯特大学学术研究计算服务设施中心(CSAR)。德国在TOP500拥有的装机数量基本与英国相当，三个优异超算中心分别是斯图加特的HLRS、Julich的NIC、慕尼黑的LRZ。法国紧随德国和英国之后，最大的超级计算机由法国原子能委员会运行，法国还有两家学术性超级计算中心CINES和IDRIS。其他欧洲国家由于国家规模小，超算中心的数目较少，总体来说，欧洲的超级计算中心从设施、运营模式、客户支持到应用领域均有诸多特色之处。

    日本较大的超级计算中心有地球模拟器中心、日本物理和化学研究所（RIKEN）、国立先进工业科学和技术研究所、国家宇航实验室（JAXA）建立的中心。

    当前各发达国家对高性能计算相关领域的科研、产业投入力度巨大，而且投入具有持续性，时间跨度长等特点，因此其在高性能计算科研与技术方面具有良好的基础，积累了丰富的经验和专家人才，高性能计算对其经济建设贡献度也在不断提高，从而形成了公共计算发展的良性循环。

三、公共计算平台推动企业自主创新发展

     产品研制能力是企业竞争力的根本，既是企业创新的最大难点，又是企业创新的核心，是运用信息技术，促进传统制造业改造的关键。高性能计算广泛应用在性能仿真、加工工艺分析、装配工艺分析、模具设计、机械零部件设计与性能分析、电磁场模拟等领域。

    比如，在机电产品研制过程中，一方面，基于高性能计算平台的CAD/CAE/CAM技术能缩短产品升级换代周期、降低设计与制造成本、提高产品性能，直接关系到企业产品研制能力的发展。另一方面，高性能计算资源为各种规模的企业提供虚拟产品设计与性能仿真的共享平台，依托高性能计算资源和功能强大的仿真应用软件，采用数字仿真、数值模拟和虚拟产品性能分析技术，可优化产品设计，替代大部分试验，缩短产品开发周期、提高产品性能，从而推动各种规模企业的研发水平的提升。

     公共计算平台对推动高新技术产业的发展意义深远。高新技术产业发展的制高点在于高新技术产品的研发能力，在新材料设计、生物工程和新医药、环保与资源综合利用等方面，高性能计算可以发挥巨大作用。

    如基于高性能计算的材料科学软件能提供全面完善的模拟环境，可帮助研究人员构建、显示和分析分子、固体及表面结构模型，并研究、预测材料的相关性质；基于高性能计算的生物信息学其研究目标是揭示基因组信息结构的复杂性及遗传语言的根本规律，是以基因组为基础的药物创新和开发的关键，可帮助研究人员全面了解生物分子的结构与功能，在蛋白质结构功能关系、生物分子模拟与计算、基于靶点结构的药物设计、生物分子核磁共振、功能基因组及蛋白质组等领域均可广泛应用。

    推动公共计算平台的建设也是工业与信息化融合的必然选择。基于诺兰（Nolan）模型与米歇（Mische）模型，城市信息化发展成熟度模型分为五个阶段，初始阶段、扩散阶段、整合阶段、融合阶段、成熟阶段。我国当前大中型城市信息化发展的普遍特点是城市经济社会发展从工业化信息化并举向工业化信息化融合演进，信息化从分散局部建设向融合协同共享全方位推进，大部分大中型城市还处在信息化发展融合阶段的前期，这个阶段的主要特征是融合和智能化，信息化作为战略工具，优化业务流程，并与核心业务流程融为一体，实现区域内所有业务都运行在统一的公共计算平台之上。公共计算平台实现了资源集中共享，有利于构建规模庞大的基础科技条件平台，提升科技宏观管理水平，并可基于公共计算平台建立科技资源优化配置和统筹协调机制。

    公共计算平台作为现代服务业的创新载体之一，也必将为企业自主创新的发展推波助澜。互联网、电信网、广电网融合是一种必然。移动互联网日益增强、媒体化应用趋势、视频化应用趋势使3G成为三网融合的重要切入点。网络的融合和发展，将有力促进新计算模式、新服务模式的形成和发展。按照互联网领域的长尾定律，20%的需求有较大的经济规模，80%的需求应用多样、单个应用资源需求规模较小但用户量大、个性化程度高，在SOA、Web Services、网格、云计算等相关技术的驱动下，为每个需求打造虚拟应用，开创SaaS、PaaS、基础设施外包托管和服务外包新模式是一种必然。

四、不足和展望

    目前国内公共计算平台建设除了我国两大已建成的超算中心（北京中科院网络中心、上海超算中心）之外，广州、成都、福州、兰州均已在建或建成中小规模的区域型公共计算平台，深圳和天津地方政府正在筹建千万亿次的超算中心，并得到科技部“863”计划的重点支持，其它省市的公共计算平台在基础设施建设、配套服务、运行机制上还没有得到系统的发展。

    当前中国公共计算平台的建设存在如下问题：

    一、地域分布不均匀，这种资源分布的不均匀性一方面使需要资源的用户难以获得，一方面也可能造成宝贵资源的闲置和浪费。

    二、公共计算平台的建设缺乏统一的规划和功能定位，各超算中心行政上隶属于不同的地方政府及中央政府部门管理，相关经济发达区域存在重复投资建设的问题，部分公共计算平台服务功能定位模糊，没有特定的优势学科领域。

    三、公共计算平台提供交叉学科领域研究服务，应当承担起作为重要的如计算物理、计算化学、生物计算、社会计算、工业计算等交叉学科领域的教育资源、培养储备高端专业技术人才的重任，但当前，中国的公共计算平台在这方面的职能非常匮乏。

    四、公共计算平台尚未承载促成完善的中国高性能计算产业链和良好的生态系统的重任。公共计算平台直接服务于终端用户，全面具体地了解用户的需求、应用的特征以及发展趋势；公共计算平台也是高性能计算软硬件厂商的主要用户，公共计算平台作为整个产业的先驱和领导者必须维持和平衡整个产业生态系统的有效发展，包括硬件、软件、算法、技术人员、研究人员、政策规范等诸多方面。

    可持续发展战略对区域经济体的产业结构和科技水平提出了更高的要求，区域经济体迫切需求加强知识创新，加快产业结构升级，通过整合利用其他方面的优势资源，推动传统产业和新兴产业的发展。为了更好满足这些要求，以公共计算平台推动领域计算服务，为跨行业、跨学科合作发展提供一个国际高标准的现代化公共开放平台、科普教育平台、科学研究平台、决策支持平台，推动区域社会经济建设和行业发展、培育区域社会经济发展新的经济增长点，从而推动民族传统产业和新兴产业的自主创新发展是可行的方案！

五、结束语

    公共计算已经成为高端科技发展的决定性力量之一，是一种高端的科学研究和工业生产手段，它的成熟发展和广泛应用，对经济发展影响及贡献度的提高，表明科技和经济发展水平摆脱了低端的粗放式增长模式，进入较高的发展层次。推动公共计算平台的建设对全球金融风暴下提升企业核心竞争力意义深远，企业是信息化和工业化融合的载体，当前全球金融风暴下增强产品研制能力是提高企业产品市场竞争力的关键，公共计算平台可以为广大中小企业提供最新的硬件和软件设施、虚拟原型制作、可视化技术、网络技术、数据挖掘等，对提高中小企业产品研发能力具有独特的意义，并可大力提升中国工业在全球经济中的竞争优势！