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相關(guān)專(zhuān)題：
5月30日是第5個(gè)“全國(guó)科技工作者日”。在這個(gè)向科學(xué)家致敬的日子，錢(qián)學(xué)森、鄧稼先、吳文俊、袁隆平、黃旭華等許多老一輩科學(xué)家在這天成為人們“追星”的對(duì)象。
人們總是要問(wèn)：在那個(gè)一窮二白的年代，他們是怎樣做到的？
尤其是，那個(gè)沒(méi)有電子計(jì)算機(jī)的年代，他們是怎么運(yùn)算、模擬、設(shè)計(jì)的？用算盤(pán)嗎？
還真是。
一. 從算盤(pán)到超算
（黃旭華院士至今珍藏的“前進(jìn)”牌算盤(pán)）
這張圖是“中國(guó)核潛艇之父”黃旭華院士至今仍珍藏著的一把“前進(jìn)”牌算盤(pán)。許多人可能想象不到，中國(guó)的第一代核潛艇，是用算盤(pán)和計(jì)算尺一點(diǎn)點(diǎn)算出來(lái)的。
中國(guó)核潛艇的另外一位“拓荒�！薄⒔毡恢行孔肥凇皶r(shí)代楷�！狈Q(chēng)號(hào)的彭士祿院士，也曾回憶說(shuō)：“那時(shí)沒(méi)有電腦，僅有一臺(tái)手搖計(jì)算機(jī)，大家就拉計(jì)算尺、打算盤(pán)，那么多的數(shù)據(jù)都是靠這些工具沒(méi)日沒(méi)夜地算出來(lái)的。”
那時(shí)的中國(guó)，一窮二白。盡管如此，僅靠算盤(pán)、計(jì)算尺，加上一臺(tái)手搖計(jì)算機(jī)，彭士祿、黃旭華和科研人員計(jì)算了十余萬(wàn)組數(shù)據(jù)，成功確定了100多個(gè)參數(shù)。
（彭士祿、黃旭華等在中國(guó)戰(zhàn)略核潛艇前的合影）
有時(shí)為了保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，常常是算盤(pán)、計(jì)算尺兩組一起算，直到結(jié)果一致。最終，他們完成了潛艇核動(dòng)力裝置的基本設(shè)計(jì)方案。
圖上這把算盤(pán)，曾陪伴黃旭華度過(guò)無(wú)數(shù)個(gè)日日夜夜。
一代艇如此，“兩彈一星”研制早期也如此。下面這張圖，就是為兩彈一星研制做出過(guò)卓越貢獻(xiàn)的“飛魚(yú)牌”手搖計(jì)算機(jī)。
（“兩彈一星”元?jiǎng)奏嚰谙仁褂眠^(guò)的飛魚(yú)牌手搖計(jì)算機(jī)）
據(jù)說(shuō)，當(dāng)年蘇聯(lián)專(zhuān)家撤離時(shí)，給我國(guó)科學(xué)家們留下了一個(gè)原子彈研發(fā)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，但這個(gè)數(shù)據(jù)卻與我國(guó)科學(xué)家計(jì)算的結(jié)果不一致�！皟蓮椧恍恰痹�?jiǎng)奏嚰谙群屯聜兙涂恐@一臺(tái)臺(tái)手搖計(jì)算機(jī)，花了一年多的時(shí)間算出了正確的數(shù)據(jù)，最終成功研發(fā)出我國(guó)第一顆原子彈。
說(shuō)起計(jì)算機(jī)，我國(guó)著名流體力學(xué)家、中科院院士童秉綱曾有一段難忘的回憶。
他記得，1972年他被派去沈陽(yáng)一個(gè)航空工廠的設(shè)計(jì)科，從事空氣動(dòng)力學(xué)方面的研究。當(dāng)時(shí)，沈陽(yáng)工廠引進(jìn)了一臺(tái)計(jì)算機(jī)，但這臺(tái)計(jì)算機(jī)運(yùn)行非常不穩(wěn)定，經(jīng)常一不小心幾個(gè)小時(shí)的運(yùn)算數(shù)據(jù)就全毀了。
童秉綱只能安排在后半夜上機(jī)，出于對(duì)運(yùn)算的擔(dān)心，他常常后半夜不能睡覺(jué)。長(zhǎng)期超負(fù)荷工作損耗著他的身體，以至于新陳代謝失調(diào)，“走起路來(lái)頭重腳輕”。
后來(lái)，隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)事業(yè)的起步、發(fā)展和騰飛，科技工作者逐步用上了國(guó)產(chǎn)的計(jì)算機(jī)和超級(jí)計(jì)算機(jī)。從“功勛機(jī)”109丙機(jī)到100系列，從銀河-I巨型機(jī)到“曙光一號(hào)”，再?gòu)摹笆锕?000”到“神威·太湖之光”，我國(guó)逐漸治好了“計(jì)算機(jī)焦慮癥”。
（我國(guó)1974年聯(lián)合設(shè)計(jì)的DJS-130機(jī)）
二. 僧多粥少的計(jì)算焦慮
但科技工作者們的“計(jì)算焦慮”還沒(méi)有治好。
很多人沒(méi)有接觸過(guò)超算，誤以為使用超算和個(gè)人電腦一樣，這顯然不對(duì)。
以最常見(jiàn)的材料計(jì)算為例，研究人員為了獲得某特性的合金材料（比如要滿足某航空器要求），首先需要對(duì)材料建模，然后將模型（比如使用Fortran和vasp）寫(xiě)成代碼、程序發(fā)給超算。得到計(jì)算結(jié)果后，如果材料特性不合格，就要調(diào)整模型、改代碼重新計(jì)算，如此往復(fù)，直至得到滿足要求的材料模型。整個(gè)過(guò)程難免需要多次計(jì)算，而拿到成功模型卻在試制樣品時(shí)得不到合格材料也是常有的事兒，這樣一來(lái)，還要再去重復(fù)上述步驟。
雖然過(guò)程曲折艱辛，但如果沒(méi)有超算直接制樣試驗(yàn)，找到合格配方的合金材料沒(méi)個(gè)幾十年是難以成功的——超算模擬計(jì)算已極大加速了這一過(guò)程。
材料計(jì)算還只是應(yīng)用超算的一種，汽車(chē)工業(yè)、高端制造、生物信息、藥物研發(fā)、氣候模擬、海洋環(huán)境、能源勘探、航空航天……這些領(lǐng)域向前進(jìn)的每一步，都離不開(kāi)超算。
再加上近幾年大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能應(yīng)用逐漸成為超級(jí)計(jì)算機(jī)的主要負(fù)載，坊間數(shù)據(jù)“全球的算力需求每三個(gè)半月翻一倍”雖稍顯夸張，但也反映了問(wèn)題。
需要科學(xué)計(jì)算的人數(shù)也在不斷增加。2019年7月，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的《新中國(guó)成立70周年經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展成就報(bào)告》顯示，2018年，我國(guó)按折合全時(shí)工作量計(jì)算的全國(guó)研發(fā)人員總量為419萬(wàn)人年，是1991年的6.2倍。
在計(jì)算機(jī)仿真和大數(shù)據(jù)計(jì)算越來(lái)越取代實(shí)驗(yàn)成為主流科學(xué)研究范式的今天，“僧多粥少”的超算必須以更高效的方式傳遞到用超算的人手中。
自建中小型超算用起來(lái)既方便也不方便：方便在沒(méi)人爭(zhēng)搶資源，不方便在凡事都要親力親為——從超算的開(kāi)關(guān)機(jī)及日常維護(hù)這些繁瑣事項(xiàng)，到計(jì)算底層開(kāi)發(fā)和優(yōu)化這些需要高度專(zhuān)業(yè)的技術(shù)活兒，科學(xué)家們獨(dú)力難支。
超算云時(shí)代的到來(lái)，順理成章。
三. 超算云服務(wù)時(shí)代
“超算云”與“云計(jì)算”概念略有不同，它是超算擁有者或第三方組織者將超算資源以云服務(wù)的形式提供給用戶(hù)，解決的是用戶(hù)“無(wú)超算可用”“無(wú)好超算用”“因缺乏技術(shù)支持而超算難用”等問(wèn)題。
“并行科技”是國(guó)內(nèi)最早開(kāi)展超算云服務(wù)的機(jī)構(gòu)之一，近10年的行業(yè)服務(wù)積累已助其成長(zhǎng)為中國(guó)超算云服務(wù)的領(lǐng)導(dǎo)者。
并行科技基于國(guó)家網(wǎng)格與云計(jì)算技術(shù)，結(jié)合自身多年高性能計(jì)算研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，推出“并行超算云”一站式超算服務(wù)平臺(tái)，迄今已綜合300+HPC集群向20多個(gè)行業(yè)的5萬(wàn)多用戶(hù)（多數(shù)為各行各業(yè)的科學(xué)家）提供超算云服務(wù)。
這背后，超60萬(wàn)CPU核、超30萬(wàn)臺(tái)軟件裝機(jī)量的海量資源，已占了通用計(jì)算的半壁江山。
自然資源部第一海洋研究所某研究員告訴筆者，他自2013年開(kāi)始接觸高性能計(jì)算起，先后經(jīng)歷了嘗試自建高性能服務(wù)器、2016年后開(kāi)始采購(gòu)并行超算云服務(wù)的過(guò)程，兩階段兩相對(duì)比，孰優(yōu)孰劣，一目了然。
“ 我們課題組的海洋天氣預(yù)報(bào)、厄爾尼諾現(xiàn)象預(yù)測(cè)等業(yè)務(wù)需求以及無(wú)固定周期的科研型任務(wù)，均通過(guò)并行超算云服務(wù)得到很好的滿足�！痹撗芯繂T說(shuō)， 使用并行超算云服務(wù)，大大降低了一次性資本開(kāi)支，還解決了招標(biāo)采購(gòu)、運(yùn)維管理、系統(tǒng)維護(hù)等痛點(diǎn)。
研究方向?yàn)椤凹す饧s束核聚變”的上海某所某研究員說(shuō)，激光實(shí)驗(yàn)中一些計(jì)算任務(wù)，無(wú)法通過(guò)所內(nèi)自建服務(wù)器來(lái)滿足，比如大規(guī)模模擬仿真，他就選擇并行超算云。
“用超算云做一個(gè)初步的模擬僅需幾萬(wàn)元，相比每次幾十上百萬(wàn)的激光實(shí)驗(yàn)，節(jié)約了很多經(jīng)費(fèi)�！边@位研究員說(shuō)。
企業(yè)研發(fā)也看到了超算云服務(wù)的優(yōu)勢(shì)。
國(guó)內(nèi)風(fēng)電龍頭金風(fēng)科技在2017年成為并行科技的用戶(hù)。在金風(fēng)科技看來(lái)，相比自建超算，并行超算云意味著“多快好省”：資源充足且穩(wěn)定，有充分的研發(fā)支持和及時(shí)高效的客戶(hù)服務(wù)，在保證業(yè)務(wù)持續(xù)性的同時(shí)，具有較高性?xún)r(jià)比，可大大降低公司資本開(kāi)支。
筆者觀察到，以超算云服務(wù)提供計(jì)算資源的形式正在國(guó)內(nèi)流行起來(lái)。
一方面，國(guó)家超算廣州中心、中科院超算中心、國(guó)家超算長(zhǎng)沙中心、國(guó)家超算無(wú)錫中心、北京超級(jí)云計(jì)算中心等眾多大型超算中心構(gòu)成的海量資源池的超算“電力網(wǎng)”，正通過(guò)超算云將這個(gè)算力網(wǎng)接入千萬(wàn)科研工作者的電腦。
另外，阿里云、華為云、浪潮云、騰訊云等也逐步開(kāi)始推廣超算云的服務(wù)形態(tài)。
研究方向?yàn)椤凹す饧s束核聚變”的上海某所某研究員說(shuō)，激光實(shí)驗(yàn)中一些計(jì)算任務(wù)，無(wú)法通過(guò)所內(nèi)自建服務(wù)器來(lái)滿足，比如大規(guī)模模擬仿真，他就選擇并行超算云。
“用超算云做一個(gè)初步的模擬僅需幾萬(wàn)元，相比每次幾十上百萬(wàn)的激光實(shí)驗(yàn)，節(jié)約了很多經(jīng)費(fèi)�！边@位研究員說(shuō)。
企業(yè)研發(fā)也看到了超算云服務(wù)的優(yōu)勢(shì)。
國(guó)內(nèi)風(fēng)電龍頭金風(fēng)科技在2017年成為并行科技的用戶(hù)。在金風(fēng)科技看來(lái)，相比自建超算，并行超算云意味著“多快好省”：資源充足且穩(wěn)定，有充分的研發(fā)支持和及時(shí)高效的客戶(hù)服務(wù)，在保證業(yè)務(wù)持續(xù)性的同時(shí)，具有較高性?xún)r(jià)比，可大大降低公司資本開(kāi)支。
筆者觀察到，以超算云服務(wù)提供計(jì)算資源的形式正在國(guó)內(nèi)流行起來(lái)。
一方面，國(guó)家超算廣州中心、中科院超算中心、國(guó)家超算長(zhǎng)沙中心、國(guó)家超算無(wú)錫中心、北京超級(jí)云計(jì)算中心等眾多大型超算中心構(gòu)成的海量資源池的超算“電力網(wǎng)”，正通過(guò)超算云將這個(gè)算力網(wǎng)接入千萬(wàn)科研工作者的電腦。
另外，阿里云、華為云、浪潮云、騰訊云等也逐步開(kāi)始推廣超算云的服務(wù)形態(tài)。
四. 與科學(xué)家一路并行，“C位”永遠(yuǎn)留給“C”
筆者觀察并行科技多年。并行科技作為一家名氣并不太出圈的企業(yè)，能夠在國(guó)內(nèi)引領(lǐng)起超算云服務(wù)之風(fēng)，一方面得益于背后專(zhuān)業(yè)的超算應(yīng)用支持團(tuán)隊(duì)（由一批專(zhuān)業(yè)計(jì)算開(kāi)發(fā)人員和并行應(yīng)用專(zhuān)業(yè)人才組成），另一方面則是他們始終把服務(wù)科學(xué)家（及其他用戶(hù)）用好超算作為最重要的事來(lái)做的企業(yè)文化。
用好超算是有門(mén)檻的，并行科技推廣超算云服務(wù)的過(guò)程，貢獻(xiàn)了很多主動(dòng)付出。換言之，并行不僅關(guān)注用戶(hù)眼前的急難愁盼，還會(huì)主動(dòng)解決共性難題。
例如，針對(duì)合肥某院黃老師團(tuán)隊(duì)PyCDT軟件的安裝難題，技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)不僅第一時(shí)間溝通處理、給出解決方案，為了避免類(lèi)似狀況的發(fā)生，他們又把PyCDT軟件部署到超算公共環(huán)境，并為后續(xù)用戶(hù)預(yù)置的軟件作了進(jìn)一步完善。
再如，在戰(zhàn)“疫”行動(dòng)中，并行科技也一直與開(kāi)展各類(lèi)疫用研發(fā)的科學(xué)家們一路并行。基于北京超級(jí)云計(jì)算中心的通用計(jì)算資源，并行科技不但第一時(shí)間為南科大、中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所、晶泰科技等需要超算的團(tuán)隊(duì)提供超算云服務(wù)支持，還為這些抗疫勇士們提供專(zhuān)屬“云隊(duì)列”功能，幫助他們實(shí)現(xiàn)任務(wù)云調(diào)度，解決任務(wù)“排隊(duì)”問(wèn)題。
這樣的例子還有很多。用并行科技的話來(lái)說(shuō)，他們心目中“C位”永遠(yuǎn)留給“C”（Customer）：“這不是某一天要做的事情，而是每一天都要做的事情�！�
在第5個(gè)全國(guó)科技工作者日到來(lái)之際，并行科技推出第二屆“530并行日”，拿出計(jì)算資源免費(fèi)給科技工作者試用，讓他們體驗(yàn)省心的科學(xué)計(jì)算服務(wù)。
連續(xù)兩年，并行計(jì)算已經(jīng)拿出價(jià)值500萬(wàn)元的核時(shí)數(shù)助力這一行動(dòng)，向科學(xué)家致敬。
（向科學(xué)家致敬的姿態(tài)：與他們一路并行）
并行科技還著眼于未來(lái)的超算應(yīng)用保障。比如，并行科技持續(xù)加大“并行基金”的投入，連續(xù)9年舉辦“全國(guó)并行應(yīng)用挑戰(zhàn)賽”（PAC），發(fā)掘和定向培養(yǎng)高性能計(jì)算機(jī)人才，通過(guò)擴(kuò)大人才培養(yǎng)助推中國(guó)科研數(shù)字化發(fā)展，緩解科學(xué)家們的計(jì)算焦慮。
“科技無(wú)止境，對(duì)科技的臂助同樣如此。”并行科技寫(xiě)下的這句話，在“全國(guó)科技工作者日”這天顯得更加意義非凡�？茖W(xué)計(jì)算“底座”引擎作用正愈發(fā)凸顯，與科技工作者們一路并行的“并行科技們”，也將走得更快更遠(yuǎn)。
“美好的生活是因?yàn)橛锌茖W(xué)家在奮斗”。向所有的科技工作者致意！
參考文獻(xiàn)：
1. 中國(guó)科學(xué)報(bào)，《彭士祿：中國(guó)核動(dòng)力事業(yè)的拓荒�！�，20140214期第10版
http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2014/2/283454.shtm
2. 光明日?qǐng)?bào)，《黃旭華：為祖國(guó)，“深潛”三十年》20200110期
https://mp.weixin.qq.com/s/xIhVGytCLr31yLyJ6pdnUg
3. 四川日?qǐng)?bào)，《“兩彈一星”精神主題展在中央黨校開(kāi)展》， 20190425期
https://country.scol.com.cn/shtml/scncrb/20190425/66512.shtml
4. 百位著名科學(xué)家的入黨志愿書(shū)，《童秉綱：幾經(jīng)風(fēng)雨，對(duì)黨信仰不動(dòng)搖》
2021年5月第一版，P90-99
5. 人民日?qǐng)?bào)《2018年研發(fā)人員總量419萬(wàn)人年 6年世界第一》，20190805期
https://tech.qq.com/a/20190805/004528.htm
6. 并行科技《530并行日：用超算更省心》，20210525期
https://mp.weixin.qq.com/s/FvzOZ4_dd89ZLgzw9E298Q
