HPC是什么？談工業(yè)4.0不能少了它

由于對大規(guī)模計算能力的需求，通常集中在科學(xué)研究、氣象預(yù)報、軍事研究等方面，與普通用戶的關(guān)聯(lián)性看似不明顯，所以會有人對于研究HPC有何意義提出質(zhì)疑；另外，近些年云計算和大數(shù)據(jù)的興起，也使一些普通用戶對HPC的作用領(lǐng)域表示不了解，似乎搞科研才用HPC，企業(yè)、商業(yè)應(yīng)用用云計算和大數(shù)據(jù)就能解決所有問題，這樣“上帝的歸上帝，愷撒的歸愷撒”一劃分，就把HPC對企業(yè)的作用給抹去了。

近日在2015年高性能計算用戶大會上，大數(shù)網(wǎng)記者聽到不少專業(yè)和業(yè)內(nèi)人士對HPC應(yīng)用的分享和探討，深感HPC應(yīng)用范圍之廣，以及中國制造要向工業(yè)4.0邁進(jìn)，HPC的作用不可或缺。為什么？

一、強(qiáng)力的HPC在促進(jìn)制造業(yè)的創(chuàng)新

對工業(yè)4.0最簡單的解讀就是“以信息物理系統(tǒng)為基礎(chǔ)的智能化生產(chǎn)”，很多人會從IOT（物聯(lián)網(wǎng)）的概念出發(fā)來看待這個“智能化”的概念，認(rèn)為就是把物理設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)上，然后實現(xiàn)計算、通信、精準(zhǔn)控制和自我管理，來實現(xiàn)智能化生產(chǎn)；這當(dāng)然沒錯，但HPC在整個工業(yè)、制造業(yè)中起到的作用也同樣不可忽視。

以制造業(yè)為例。在制造業(yè)中，一個產(chǎn)品從設(shè)計圖到CAE模型的建立，然后進(jìn)行仿真、分析、測試、產(chǎn)品改良再到產(chǎn)品定型，以及產(chǎn)品定型之后的再測試和量產(chǎn)，包含了非常多的步驟，每一個步驟都不可或缺。但是從時間和成本的角度考量，在這些步驟中，虛擬的、仿真階段所花的時間和成本最低，而一旦進(jìn)入真正的實體產(chǎn)品階段，耗費的時間和成本會很大幅度的向上提升。如果能在整個產(chǎn)品定型之前，盡量讓虛擬產(chǎn)品更貼近現(xiàn)實中的情況，就可以縮短企業(yè)研發(fā)產(chǎn)品加快產(chǎn)品上市的時間，加快企業(yè)的創(chuàng)新速度。

而要實現(xiàn)精準(zhǔn)可靠的建模、分析，CAE又對仿真工具的計算能力提出了挑戰(zhàn)，比如在CAE的前處理、有限元分析和后處理過程中，對數(shù)據(jù)的分析和圖形展示能力有著很高的要求，這種情況下，HPC可以幫助企業(yè)完成精準(zhǔn)、可靠的仿真模擬分析過程，促進(jìn)企業(yè)甚至整個工業(yè)制造業(yè)的創(chuàng)新。

勞斯萊斯（RR）不僅是豪車的代名詞，也是世界上最優(yōu)秀的發(fā)動機(jī)制造者之一。其Trent XWB發(fā)動機(jī)是空客A350XWB的唯一動力系統(tǒng)，據(jù)稱也是RR史上銷售最快的發(fā)動機(jī)。與前任發(fā)動機(jī)相比，Trent XWB可以節(jié)省20%的油耗，每年在每架飛機(jī)上能為航空公司就A350節(jié)省200萬英鎊，而據(jù)勞斯萊斯自己稱，能夠?qū)崿F(xiàn)這種能效的提升，全靠基于HPC運行的仿真工具所賜。

Trent XWB——仿真的作用

按照勞斯萊斯的說法，要想在整個設(shè)計周期內(nèi)，以一個穩(wěn)健、可靠的平臺，按照有限的時間范圍和精準(zhǔn)度要求，完成建模和分析，似乎只有HPC所提供的計算資源值得依賴了。所以勞斯萊斯現(xiàn)在基本上絕大多數(shù)仿真都在本地的HPC中完成。

此外，美國最大的科學(xué)與工程研究實驗室之一——阿貢實驗室，借助超級計算機(jī)在碳納米管電極鋰離子電池研究中取得突破性進(jìn)展，通過對電極、結(jié)構(gòu)的研究，讓電池能量增加了近2倍,為新能源汽車的開發(fā)提供了重要的參考。

在其他領(lǐng)域，HPC也在發(fā)揮著重要的作用。比如依靠人工振動波來還原地下構(gòu)造和信息的石油勘探，就一直是HPC使用的最大的用戶之一，隨著勘探節(jié)奏越來越快，要求處理的周期越來越短，以及為了實現(xiàn)更高的精度所需的復(fù)雜算法和數(shù)據(jù)處理需要，現(xiàn)在物探行業(yè)對HPC的能力需求也越來越大。想一想，如果選用準(zhǔn)確度不高的算法，選定地址一口井打下去一個億的資金沒了，企業(yè)愿不愿意在算法和高性能計算上投錢呢？

可以說，HPC與現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用已經(jīng)密不可分。但是不是只有這些高、精、尖的工業(yè)、制造業(yè)才用得到HPC呢？

二、不斷演進(jìn)的HPC為更多客戶提供服務(wù)

以上海超級計算中心為例，根據(jù)業(yè)務(wù)需要，上海超級計算中心正在建設(shè)專業(yè)領(lǐng)域的綜合設(shè)計分析平臺，將零散的軟件集成起來，根據(jù)行業(yè)的特點，提供功能更加強(qiáng)大，更加專業(yè)化的平臺，將HPC技術(shù)和應(yīng)用推廣到汽車和航天這些傳統(tǒng)行業(yè)之外的非傳統(tǒng)行業(yè)中，比如食品和化工行業(yè)中。

從大會上反饋的情況來看，HPC的商業(yè)用戶這兩年也確實逐漸增多，除了設(shè)計、制造之外，HPC也開始在商業(yè)上利用大數(shù)據(jù)做顧客信息的分析，以及進(jìn)行深度學(xué)習(xí)在互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用等，現(xiàn)在HPC正處于商業(yè)應(yīng)用中快速成長的階段。

浪潮集團(tuán)高性能計算總經(jīng)理劉軍認(rèn)為，計算架構(gòu)的發(fā)展經(jīng)歷了“服務(wù)器即計算機(jī)、機(jī)柜即計算機(jī)和數(shù)據(jù)中心即計算機(jī)”這三個階段，在第三個階段，企業(yè)計算架構(gòu)已向融合進(jìn)化，越來越多的企業(yè)采購不再單獨購買服務(wù)器、存儲等硬件，而是直接購買機(jī)柜，其中的配置都是個性化的。

今年4月浪潮推出了“計算+”的戰(zhàn)略,核心理念是將服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲融合為一體，并通過軟件定義方式實現(xiàn)計算架構(gòu)的統(tǒng)一管理，在本次HPC用戶大會上，劉軍又對浪潮如何以高性能計算服務(wù)更多用戶進(jìn)行了說明。

首先是面對不同應(yīng)用不同的計算需求，提供一個適應(yīng)性的計算環(huán)境，其次是上面所說的融合基礎(chǔ)架構(gòu)，以整機(jī)柜的方式實現(xiàn)所有資源的統(tǒng)一管理，最后是實現(xiàn)軟件定義的HPC，支持軟件定義的數(shù)據(jù)服務(wù)，軟件定義的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和軟件定義的資源服務(wù)，保證底層資源對上層業(yè)務(wù)應(yīng)用支撐的靈活性，滿足更多行業(yè)客戶的計算資源使用需要。

劉軍表示，浪潮已經(jīng)在給HPC用戶構(gòu)建交鑰匙的工程，從整個機(jī)房設(shè)計到散熱到機(jī)柜部署到計算資源的調(diào)度和分配，整個文件存儲的共享和提升；在目前這樣一個大計算（Big Computing）的趨勢和挑戰(zhàn)下，浪潮希望可以做到從HPC到深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)等等，支持中國制造業(yè)向“智能制造”的方向邁進(jìn)。

三、已得到應(yīng)用的HPC在起著重要的作用

從IDC分享的報告數(shù)據(jù)來看，HPC在歐洲經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮了非常重要的作用：

2013年，制造業(yè)貢獻(xiàn)了歐盟25.2%的GDP，而采用了HPC的工業(yè)企業(yè)中，97%都表示HPC不可或缺；

在貢獻(xiàn)了3000萬個工作機(jī)會，和16%歐盟GDP的制造業(yè)中，HPC不僅改變了產(chǎn)品設(shè)計的流程，還通過智能制造創(chuàng)造了大量的工作崗位；

石油和天然氣已經(jīng)將HPC作為主要的核心競爭力之一；

HPC還促使了醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)（貢獻(xiàn)10%的歐盟GDP）的數(shù)字變革。

可以看出，美國、歐洲等工業(yè)的高水平發(fā)展已經(jīng)跟高性能計算在工業(yè)上的應(yīng)用程度息息相關(guān)；而中國作為工業(yè)制造大國，工業(yè)產(chǎn)品研發(fā)和設(shè)計能力至關(guān)重要，作為必需工具的高性能計算機(jī)及其相關(guān)的軟件和工程化的體系也必將得到重視。

所以，記者希望，隨著更多的廠商進(jìn)入以及更多服務(wù)和解決方案的提供，中國的HPC能進(jìn)入快速發(fā)展時期，將更多的計算能力帶給更多的企業(yè)和用戶。

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