中國高校最強超算：上算引力波 下算光量子
國內哪所高校擁有最強超算？
上海交通大學最新啟用的科學計算中心奪得這個第一。
有多強呢？雙精度算力峰值超過6PFlops （6千萬億次/秒）。
就是放到全世界頂尖高校中去比也能排到第5位，僅次於MIT，力壓劍橋、哈佛。
高性能計算在理論科學、實驗科學之後已成為人類科學研究的第三大範式。
近年來，各大高校也紛紛自建計算中心以滿足師生搞研究的需要，上海交大就是其中走在前列的。
在他們的「交我算」計算平台上，雲計算、人工智能計算、科學計算、大數據存儲平台此前就已皆備。
從實時運行情況中可以看到，各學院、研究所還有校屬醫院都在積極排隊上機，常年高負載運轉。
從學科來看，材料、機械、物理、生物、醫學全都需要算力，資源十分緊張。
正是為解決這個問題，上海交大現在又雙叒叕添一座新的科學計算中心。
新科學計算中心落座李政道研究所，研究所重點方向是宇宙學、粒子物理，這些領域的研究將如何用到超算？
上至天文，下至量子
上海交大此前已有高性能計算集群π2.0，雙精度峰值為2.1PFlops。各院系師生在這個高性能計算平台上已展開多領域研究工作。
以物理學院的張駿教授為例，他的研究方向之一引力波問題就離不開超算。
本月他在計算平台上利用率甚至排到第4位。
根據愛因斯坦的廣義相對論，引力波是「時空的漣漪」，是有質量的物體在運動時對時空的擾動。
這種擾動會隨着距離而衰減，長期以來引力波一直很難被直接觀測到。
只有黑洞合併這類宇宙中的大事件才能產生以人類現有技術能探測到的引力波。
但茫茫宇宙中又有大量噪聲信號，想從中識別出引力波是另一大難題。
這時，強大算力才能做到的的模擬黑洞合併過程就成了重要研究手段。
使用超算求解廣義相對論方程可以得到引力波的數值模擬，幫助科研人員從探測到的嘈雜信號中識別出屬於引力波的部分。
除了宏觀的天體物理，微觀的粒子物理需要的算力也十分龐大。
上海交大物理與天文學院還有工作組正在開發一套利用照相系統分析海水光學性質的全新方法。
他們藉助超算模擬光子在水中的路徑，以及光子被水分子散射和吸收的情況。
其中一輪模擬需要500萬個光子，而遍歷整個參數空間則需要近4000輪模擬。
除了物理研究，上海交大的科研工作者還基於超算平台修改AlphaFold的運行流程。
開發出的ParaFold優化了並行運算，使運算效率達到原流程的14倍。
現在有了新的科學計算中心，在已有的2.1PFlops再添6PFlops，相信能助力上海交大師生做出更多科研突破。
另外值得注意的一點是，新科學計算中心建在李政道研究所新啟用的實驗樓內部，佔地僅為300平方米。
△就在這個樓里
通常超算中心給人的印象多是一座獨立的建築物，達到6PFlops這個規模的怎麼也得半個足球場那麼大。
這次的科學計算中心卻能建在一座實驗樓內，僅用了14個機櫃，獲得一般通用數據中心70個機櫃才能達到的算力。
計算密度達到通用數據中心的5倍，機房面積更是不足通用機房的1/10。
在寸土寸金的上海極大節省了建設成本，怎麼做到的？
不光佔地少，連冬季供暖都包了
超算中心要提高計算密度，使用的硬件配置要夠強大。
上海交大這次的「思源一號」高性能計算機，採用了英特爾最新Whitley平台Icelake CPU。
具體型號Xeon Platium 8358，32核心，主頻2.6Ghz。
GPU方面也沒省着，直接上的英偉達旗艦A100。
服務器機箱採用聯想的ThinkSystem SD650 V2和SD650-N V2，搭載了聯想「海神」溫水冷方案。
這裡的溫水冷技術便是節省佔地面積的關鍵。
冷卻水直接接觸CPU、內存和其他產熱組件，通過流動循環帶走熱量，省去了風扇的位置。
因為水的導熱效果比空氣強很多，可以更密集擺放，達到5倍計算密度。
更進一步，因為使用的是50°C溫水，又省去了冷水機組和換熱器的空間，可以進一步壓縮機房的佔地面積。
溫水冷技術還能提升能源利用效率（PUE, Power Usage Effectiveness）。
中國數據中心的平均PUE 1.9，意味着每用1度電計算，就需要額外0.9度電給計算設備進行散熱。
而上海交大新計算中心的PUE值可以到1.1，節省了42%的電力和二氧化碳排放。
最後，溫水散熱系統的出水溫度有60°C，這些餘熱也沒有浪費。
冬天餘熱會用於實驗樓中間球體連接區域的供暖。
平時還能用於食堂廚房的熱水加熱、地下室除濕，以及拓撲量子和時間投影兩個實驗室的空調溫控。
△實驗樓球體區域
據上海交大介紹，餘熱回收再利用的方案每年可再減少950噸、10%左右的碳排放，同時每年節省150萬元以上的費用。
李政道研究所實驗樓已於近日正式啟用，成了研究所全體人員的新家。
看來這個冬天，科研工作者們不光能享受超算提供的強大算力，還能感受到計算中心帶來的溫暖。
說起來，上海交大新科學計算中心從4月才開始建。
當時是上海交大125周年校慶，聯想CEO楊元慶決定個人出資一億元人民幣，捐建一座全國高校一流的高性能計算中心，年內便已完成交付。
在12月14日的科學計算中心揭牌儀式上，交大還與聯想集團簽署了戰略合作協議。
聯想集團將在未來三年內持續在技術研發、人才培養、投資孵化等領域投入兩億元資金。
投入包括建立聯合實驗室、聯合培養專業碩士/博士生、設立獎助學金、創業孵化基金等產業研合作項目。
那麼上海交通大學為什麼選擇與聯想合作？
一方面楊元慶正是上海交大計算機系81級的校友。
這裡還有一個小故事。
楊元慶自己在上海交大上學時候整個計算機系電腦都很少，基本都是更早的一位校友企業家王安捐贈的，當時他就勵志以後能回饋母校。
另一方面聯想作為超算供應商實力也很強了。
在全球超算榜單TOP500上，聯想作為製造商連續8年獲市場佔有率第一。
除了捐贈上海交大外，聯想超算也會在即將到來的北京冬奧會上提供精確到分鐘級和百米級的天氣預報服務。
對於新科學計算中心，對於新實驗樓，李政道研究所的新任所長張傑院士曾做出展望：
李政道研究所要建設成為世界頂級的前沿基礎研究機構，形成「上海學派」，發揮新型研發機構的創新引擎作用。
讓我們拭目以待。
