2018年世界大学生超级计算机竞赛(简称ASC18)，在2天20小时的规定时间里，要求每个队伍需要自己搭建小型超级计算机，完成组委会布置的4道题目，运算的结果将作为最后成绩的评分依据。

　　李北辰队伍搭建的机器的运算能力，约为1万台现在市面上主流家用电脑运算能力之和，但相比目前世界上最快的超级计算机“神威·太湖之光”，他们的算力还不到百分之一。

　　国家超级计算济南中心主任张云泉说：“超级计算机的研究水平决定了一个国家的尖端科研实力”。目前中、美、日、俄等国对高性能超级计算机研究大力投入的背后，也是抢占科研制高点的竞赛。

1后面17个0

　　在超级计算机领域，有着一份世界500强榜单。根据最新的排名，如果一台机器的运算能力达不到500万亿次每秒，它将被“除名”。衡量超级计算机的标准“简单粗暴”：运算能力够快。上一代超级计算机使用的架构与目前主流的不同，现在的技术将来也可能被量子计算机取代。

　　2013年至今，中国自主研发的超级计算机就一直稳坐榜首。最近两年，这个位置属于“神威·太湖之光”，它的峰值运算速度达到每秒12.5亿亿次，“1”后面17个“0”，大致相当于200万台普通电脑同时运行。

　　但它远不止是堆积用于运算的中央处理器(CPU)和图形处理器(GPU)这么简单。张云泉告诉记者，超级计算机的运算速度不遵循“1+1=2”的公式，还得考虑它们之间工作分配、数据传输的损耗。

　　在国家超级计算济南中心，“神威·蓝光”超级计算机黑色的机箱紧密排布，围成一个大圈，被小心安放在数百平方米的一楼大厅内。当这台研发费用数亿元的机器运转时，功耗是1兆瓦，大致相当于1.5万户家庭的家电功率总和，每年仅电费一项支出就接近2000万元人民币。

　　相比国家超级计算中心的“大手笔”，李北辰参加的ACS18则要求机器总功耗在3000瓦以内，这意味着能使用的CPU、GPU数量有一个上限。为了最大化利用它们的运算能力，他们必须精打细算，一方面仔细分配每个节点的运算内容，另一方面还要简化复杂的运算，让每个节点能同时计算尽可能多的内容。在这次比赛中，他们队伍用了16块GPU，总价值超过60万元人民币。

租用超算一天，花费上万元

　　比赛现场，设备高速运转时，会释放大量的热量。每个GPU都必须配备降温风扇，否则就会因温度过高而停止运行。

　　对超级计算机来说，如何有效地带走这些热量一度是发展瓶颈。在国家超级计算广州中心，工程师专门建造了冷水厂，不间断运送8摄氏度的水进入“天河二号”的水冷系统。

　　机房还安排人员24小时值班，监控机器的运转状况，清理垃圾进程，实现效率的最大化。“是机器就有损坏和出问题的概率，怎样让它们的影响尽可能小也是门学问。”张云泉说。

　　李北辰曾参加另一场大学生超算竞赛，48小时不间断地比赛，他和队员只能轮流睡觉，保证有人时刻盯着机器运行。此外，组委会还随机对赛场断电，考查程序及时备份的能力。在实际使用中，这些都是极可能出现的挑战。

　　中山大学肿瘤防治中心的博士后赵齐对此深有体会，他所在的团队是最早用“天河二号”测试生物应用的团队之一。因为需要处理大量的生物基因组数据，他们从2012年起就开始使用超级计算机。他曾遇到各种奇怪的报错和任务丢失，环境配置也不定时出问题，经常算出他自己都不敢相信的结果。这是因为生物信息领域在超级计算机上的应用还在起步阶段，成熟的软件不多，很多时候需要用户和超算中心的工作人员合作开发解决问题。

　　在过去5年，光他一个人就用“天河二号”处理了超过100TB的数据。超级计算机能在几天或几小时里，处理一般计算机半年乃至几年才能处理完的工作。”

　　因为需要处理的数据太多，网络传输较慢，赵齐有时会采用邮寄硬盘的方式，“邮递员最快”。只是这样的代价很高。赵齐所在的实验室每年消耗在数据存储上的钱就在5万元左右。租用超级计算机进行数据处理，有时一天就会花费上万元。

超算世界500强前两名是中国

　　过去，超级计算机的主要任务是进行科学计算。最近几年，有关人工智能的运算请求也越来越多。

　　2001年时，超级计算机500强名单中没有一台来自中国。而现在，榜单前两名都被中国占据。此外，中国的上榜数量达到204，排名第二的美国只有143。

　　张云泉告诉记者，我国已经掌握超级计算机的制造技术，包括“神威·太湖之光”“神威·蓝光”的一系列设备，从芯片、操作系统到冷却系统都完全由我国自主研发。虽然中国在硬件条件上取得领先地位，但软件方面仍需要大量的投入。目前应用于超级计算机的商用软件几乎全部由美国、日本等国开发，中国的市场占有率基本为零。

　　在计算机科学领域，超级计算机不是热门方向。大部分人选择投身人工智能的研究。

　　在张云泉看来，解决软件问题需要政策和财政两方面的支持。“中国一直是制订5年计划，规划不够长远，技术团队难以保持稳定。”他介绍，我国对超级计算机领域研究的总投入与美国接近，但对软件的投入偏低，目前仅占总投入的20%。