期待配置更灵活 HPC普及之路还很远

访国家气象信息中心正研级高级工程师沈文海

        随着信息化社会的飞速发展，人类对信息处理能力的要求越来越高，不仅石油勘探、气象预报、航天国防、科学研究等需求高性能计算机，而金融、政府信息化、教育、企业、网络游戏等更广泛的领域对高性能计算的需求迅猛增长。而每半年评选一次的HPC TOP500强的榜单上，计算速度也是一次又一次被刷新。人们一直在惊叹，计算能力似乎永无止境。而高性能计算在各行业、领域应用情况到底如何，各领域对于高性能计算的主要诉求又主要在哪里？这期我们走进了气象领域，采访了国家气象信息中心正研级高级工程师沈文海，听其讲述气象预报中的高性能计算。

        数值天气预报成主要诉求 HPC更需灵活配置

        气象行业的信息化开展较早，在70年代后期就已经开始了相关的信息化建设工作。最早是以北京气象信息枢纽的项目为起点，当时引进了国外的巨型计算机，建成了以数据传输枢纽作为整个现代化建设的一个起点，开始了信息化建设的步伐。气象行业采用信息技术比较多，信息化的选用还是比较到位的，而HPC的应用也是很多的。

        沈文海介绍说：“HPC在气象行业主要用来进行高性能计算，而高性能计算的主要内容或者说主要对象是数值预报模式。”据沈文海介绍，数值预报是通过动力气象学所产生的一类新的预报方式，即通过动力气象学的十几个偏微方程对大气物理进行一个比较完整的科学描述。而事实偏微方程几乎是没有解细节的，只能用数值解来进行解析，这就产生了数值预报这个行业。数值预报气象行业主要有数值气候预报和数值天气预报，前者主要用于科研，后者已全面用于气象预报了，预报员离开数值预报相关产品是很难做出相关天气预报的。而高性能计算就体现在了数值天气预报当中了，因为数值天气预报的计算数据是非常多的，很难用手工活小型计算取完成，因此这就对高性能计算机提出了要求。

        我们知道天气预报会产生比较多的数据，这主要是数值预报产生数据比较多，首先是其将大气分成了很多层，这产生的数据量就会非常大。另外如果一个小时预报一次，这样以逐小时的方式来弄的话输出的输出的数据量就更大了，而如何处理这些资料也确实是一个很大的问题。这也就对高性能计算提出了另一个要求，即除了其计算性能要好，其对数据的处理能力也需要提高。

        面对如此大计算需求，沈文海坚定地认为，IT技术不会成为气象领域HPC的业务难点，“在应用方面，从IT技术来说难处并不太大，因为有多大的高性能计算，都可以在一定的时间全部用满。而真正的难点在于数值预报模式如何更准确地把天气预报预报出来。”据了解，如果偏微方程如果全部用数值化进行数值预报是没有问题的，但是关键是计算能力有限，所以要对一些过程进行参数化，而参数化的适用度就会成为一个很大的科学问题。因此，在数值预报领域一个很重要的课题就是如何能够把这些资料应用到卫星资料、雷达资料等方面，即同化。对此，沈文海说到：“气象观测资料同化是高性能计算方面的一个很重要的领域，在气象行业中，中国在这方面相对于国外的一些发达国家来说还是比较薄弱的。”

        HPC是一个超级计算机，比较大、比较贵，其到现在还不是一个常态的东西，沈文海认为，如果部署仅仅意味着安装和调试，“简化部署不是一个最主要的问题”。在沈文海看来，最主要的问题是如何能够灵活地加以配置。

        在国家气象信息中心，引进高性能计算机一般都能够在一定的时间内消化掉。而消化
掉之后，新的计算能力还没有进来的时候，“如何能够满足日益增长的这些计算需求，这就是一个所谓的部署和配置问题。”

        从科研到社会 从企业到个人 还需时间

        近两年的时间，各个厂家在推动HPC的商业运用，看似HPC将逐渐从科研走向社会。对此，沈文海首先谈到了其对商业利用的理解，即类似于将来的云计算，在墙上插一个插头进去后就可获得相关的计算能力。而沈文海对于气象行业中，HPC出现这样一种能力，还不是很乐观。“HPC在气象模式运算的时候，作为大量的耦合性计算，如何能够把分散到各种不同机型或者机器上进行相关的计算，然后再把其汇总过来。这种方式，我觉得现在还有很多关键性的技术没有突破。”

        在去年的时候曙光推出了一款基于个人的HPC，对于这种趋于个人的应用趋势，沈文海觉得这种时代还没有到来。其实主要的难实现性在于个人对于这方面的需求不大。因为对于大多数家庭来说对于高性能计算还没有那么迫切的需求，其运用综合性需求会比较多，如搞一些娱乐活动、看电影、网上通讯、处理数据等。

        一年两次的全球TOP 500超级计算机排行榜是服务器、HPC发展的风向标。这个榜单总是会把很多企业推上宝座，但是沈文海认为这个榜单也只能作为参考，其仅仅只是个技术资讯。“我觉得它就是一个技术资讯，类似于世界小姐选美一样，只是一个参考意义。