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    科学基金资助基础研究先行
    助力“天河”两次夺得世界超级计算机排行榜榜首

    日期 2013-12-03   来源:   作者:  【 】   【打印】   【关闭

    第6期
    (总455期)

      本文提要:国家自然科学基金始终把高性能计算作为信息领域重点发展方向之一给予重点支持。20多年来,国家自然科学基金先后资助国防科技大学信息领域项目280余项,资助经费累计超过1.1亿元,为其开展计算机基础理论与应用研究,提升自主创新能力,培养领军与拔尖人才,促进创新群体建设,推动计算机学科引领未来发展发挥了重要作用。

      国防科技大学研制的高性能计算机“天河一号”、“天河二号”分别于2010年11月和2013年6月荣登世界超级计算机排行榜(TOP500)榜首,这一成绩的取得与国家自然科学基金等的长期支持是密不可分的。20多年来,国家自然科学基金先后资助国防科技大学信息领域项目280余项,资助经费累计超过1.1亿元。其中在高性能计算领域,资助重点项目8项、国家杰出青年科学基金项目6项、重大国际合作项目2项;从2007年起连续三次资助创新研究群体项目“千万亿次高性能计算关键技术”。这些持续资助有力推动了我国首台万亿次(TFlops)、首台千万亿次(PFlops)、天河系列高性能计算机的研制,为我国高性能计算机进入世界领先行列在理论基础、技术发展与人才队伍培养等方面提供了坚实支撑。

      科学基金为研制高性能计算机奠定了坚实的科学基础。1986年我国在高性能计算领域与美欧发达国家相比还有较大差距,高性能计算技术的发展缺乏基础理论。为改变这种现状,国家自然科学基金先后资助了国防科技大学如慈云桂、周兴铭、陈火旺、卢锡城、杨学军等一批专家,围绕大规模并行体系结构、系统软件、并行算法等关键科学问题开展基础研究,取得了一系列重大突破。

      例如,在以杨学军教授为首的科学基金创新研究群体项目“千万亿次高性能计算关键技术”中,课题组从理论上解决了流处理对大规模科学工程计算的适用性问题。课题组创造性地提出了“异构协同并行体系结构”的设计新思路,成功用于“天河一号”、“天河二号”系统结构设计;开辟和引领了世界高性能计算机“异构协同并行体系结构”这一新的发展方向。美国等西方国家也纷纷效仿并采用,最新世界TOP500中有40多台机器采用,前十名机器中已有4台采用。

      在互连体系结构、基础软件方面,国防科技大学也取得了一系列重要成果。如通过高阶路由和低开销高速通信技术的创新研究,有效支撑了“天河”高速互连网络系统的自主设计和实现,其性能达到国际商用互连网络性能的2倍;在可扩展共享存储体系结构、支持流计算模型的体系结构、光电混合的平行多级互连与通信、并行I/O存储技术、容错并行算法等方面的许多成果达到国际领先水平;累计在IEEE Transactions(美国电气和电子工程师协会会刊)、ACM Transactions(美国计算机协会会刊)等国际顶级期刊和会议上发表高水平学术论文100多篇。

      科学基金大力推动高性能计算领域的国际交流与合作。面对国际上共同的百万万亿次(1018Flops, E级)高性能计算系统研制和应用的巨大挑战,国家自然科学基金于2011年支持“面向百万万亿次高效能计算的容错关键技术研究” 重大国际合作与交流项目,积极推动国防科技大学与美国、欧洲、日本的同行学者开展合作与交流,不断拓展国际化视野,提出了并行系统容错机制和应用框架相结合的创新思路,有效提升了“天河”超大规模并行计算机系统的可用性,支撑了数万核以上大规模并行应用的长时间持续稳定运行。国防科技大学还于2013年5月举办了高性能计算国际论坛,包括美国科学院和工程院院士、IEEE/ACM Fellow(美国电气和电子工程师协会/美国计算机协会会士)等来自世界各地的著名高性能计算专家齐聚一堂,共同探讨未来E级计算的发展之路。

      科学基金长期支持培育了一批创新团队和拔尖人才。我国高性能计算领域著名专家、国防科技大学的周兴铭院士和卢锡城院士都获得过国家自然科学基金高性能计算领域重点项目的支持。杨学军教授早在上个世纪末就获得了国家杰出青年科学基金项目的支持,并从2007年起带领国防科技大学高性能计算创新团队连续三次获得了科学基金创新研究群体项目支持。杨学军教授曾先后担任 “银河”5个型号与“天河一号”的总设计师,获全国优秀科技工作者、军队专业技术重大贡献奖和何梁何利科技成就奖等荣誉称号,2011年当选中国科学院院士。作为高性能计算创新团队学术带头人之一的廖湘科教授曾担任 “银河”3个型号的副总设计师,先后担任了“天河一号”常务副总设计师及“天河二号”总设计师,获中国青年科技奖、“求是”杰出青年实用工程奖和军队杰出专业技术人才奖。高性能计算创新团队的王怀民、王戟、肖侬、窦勇四位教授也先后获得国家杰出青年科学基金支持,以卢凯、肖立、卢宇彤等教授为代表的一大批年轻学术骨干也大多得到过国家自然科学基金项目的资助。

      我国高性能计算技术出现的高速跨越式发展,是长期以来科学基金资助基础研究先行所结出的丰硕成果。以“天河”高性能计算机为标志,我国高性能计算机研制能力已进入世界领先行列。但也应当看到在整个高性能计算的生态环境中,以美国为首的西方发达国家的领先优势地位并没有改变。目前,百万万亿次级(E级)超级计算机系统的研制已经成为国际上高性能计算领域的发展方向与巨大挑战,世界上多个国家已经着手进行相关前期研究工作,并计划于2020年左右完成研制。面对世界性的激烈竞争与重大挑战,国家自然科学基金将进一步加强高性能计算基础研究的资助力度,大力拓展国际交流与合作,积极发展和培养创新团队与创新人才,为推动我国科技进步、加快创新型国家建设做出更大贡献。




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