提到湖南長沙乃至中國的科技創新名片，超級計算機是繞不開的存在。作為我國超級計算機的故鄉，長沙誕生了我國第一台超級計算機“銀河一號”、第一台運算性能取得世界第一的超級計算機“天河一號”。

從誕生地國防科技大學往西過湘江約10公裡，岳麓山下，在素有“千年學府”之稱的湖南大學校園內，有一座白色圓形建筑格外引人注目，它就是長沙的科技地標——國家超級計算長沙中心（以下簡稱“長沙超算中心”）。從高空俯瞰，主樓天算台形似數字“0”、研發樓形似數字“1”，一個用數字組構的算術故事，在這裡高速演算。

2024年是長沙超算中心正式運營10周年。在靜謐的冬日裡，“天河”超級計算機運算正酣，在服務國家科技創新戰略和湖南經濟社會發展中大放異彩。“我們大力推進‘服務國家戰略行動年’活動，在服務先進制造、生物醫藥、數智金融、文化科技融合等國家戰略中取得了實效。”長沙超算中心黨總支書記陳軍說。

“超算雲”賦能，衛星雲遙“大腦”更聰明。長沙晚報全媒體記者 何文瑞 攝

十年技術變革 從千萬億次到二十億億次的“超能力”進階

超級計算機是一種運算速度極快、存儲容量極大、通信帶寬極高的計算機，又稱高性能計算機，主要用來解決經濟、科技、國防等領域面臨的挑戰性復雜問題。它一直是各國競相角逐的科技制高點，被譽為“國之重器”。

改革開放之初，中國因為沒有自己的超級計算機，在經濟社會發展中常常受制於人。國防科技大學受命擔負重任，數十年如一日奮斗攻關，在“銀河”系列巨型計算機研制成功后繼續追趕，於2009年10月成功研制出我國首台千萬億次超級計算機“天河一號”，成為繼美國之后世界上第二個能夠研制千萬億次超級計算機系統的國家。

當年，天津依托“天河一號”超級計算機，獲批籌建我國首個國家超算中心。作為超算誕生地的湖南不甘人后，經過多方考慮，決定採取省校共建的模式建設國家超算中心，很快獲科技部批准。

2010年，國家超級計算長沙中心落地，成為繼天津和深圳之后的第三家國家超算中心。當年11月，“天河一號”在超級計算機世界500強榜首第一次留下“中國超算”的名字。

為什麼選址湖南大學？“一是因為這裡原來是湖南計算機高等專科學校，也是湖南省計算技術研究所，一直是湖南計算機的重要基地﹔二是因為這裡有5A級景區岳麓山，山下有岳麓書院，科技和人文相得益彰，可以互相支撐、互促發展。”作為長沙超算中心建設和運營的全程參與者，湖南大學副校長、長沙超算中心主任李肯立教授說。

經過建設和試運營，2014年底，長沙超算中心正式揭牌運營，由湖南大學負責運營管理，國防科技大學負責技術支撐。中心採用“天河一號”主機系統，峰值計算性能達1372萬億次/秒，各項技術指標處於國內領先水平。

“天河一號”取得“世界第一”的突破之后十余年間，在一代代科研工作者的努力下，中國超級計算機技術突飛猛進，不斷刷新中國“速度”，實現了從“追趕”到“並跑”再到部分“領跑”的跨越。我國形成了天河、曙光、神威等系列超級計算機集群，全國陸續布局了十多個國家超算中心。

隨著超算技術的發展、數字經濟對算力需求的爆發式增長，長沙超算中心設備老化、算力不足等短板逐步凸顯。2021年9月，省委省政府決定對長沙超算中心主機系統進行升級。

在“天河一號”服役12年后，2022年10月，“天河新一代”主機系統正式啟動運行，峰值計算性能達200.39 P Flops（64位精度），可提供1000P Ops人工智能算力（16位精度），較之前提升150倍，可滿足湖南未來五年超算算力需求。

“新系統有三大特點。”湖南大學教授、長沙超算中心副主任彭紹亮介紹，首先是算力領先，建設完成后理論計算峰值速度達到20億億次每秒，數據存儲能力不低於20PB，系統算力處於國際先進、國內領先水平。其次是自主研發，核心芯片、系統架構和互聯、操作系統、任務調度系統等均為自主研發，更能保証用戶安全可靠使用。此外，這還是一套落實“雙碳”目標的綠色系統。通過硬件、軟件優化等措施從耗電源頭節能，峰值功耗不高於8兆瓦，能效比處於國際先進水平。

自此，長沙超算中心有了更強的“超能力”，可為科學工程計算、大數據、人工智能、區塊鏈等應用領域提供更強勁的算力支撐。

長沙超算中心研發的數字人朱熹與湖湘學子開展一場跨越千年時空的對話。長沙晚報通訊員 羅可 供圖

十年行業變局 “0”和“1”背后的“超級使命”必達

在科技領域，從0到1，代表著研發突破﹔從1到100，代表著科技成果轉化進入產業應用。在長沙超算中心大樓“0”和“1”的造型背后，有著類似的“超級使命”：推動超算應用，服務好國計民生。

我國超級計算機雖然在系統計算性能方面實現了追趕，但是應用效能，即運行在超級計算機上的應用軟件數量和對科技創新、經濟發展的支撐能力，與發達國家相比還存在較大差距。長沙超算中心建好之后，應用生態的構建成為一個長期工程。好在有國防科技大學和湖南大學兩個完整的技術團隊支撐，湖南闖出了一條系統創新與應用創新深度融合的路子。

針對計算越復雜調度越難的問題，長沙超算中心團隊牽頭攻關多年，系統提出了大規模異構環境下高效能並行調度的基礎理論與技術，成果廣泛應用於金融、智慧城市等領域﹔針對超算與智算融合計算的系列難題，長沙超算中心團隊牽頭研發了融合計算服務化平台，成果拓展了國產超算應用領域，有力支撐了國產大飛機等重大科技創新工程，在曙光、阿裡、騰訊、移動、華為等企業廣泛應用。

“通過提升軟件系統的本地化開發率和降低原有系統的移植成本、創新生態用戶試用機制等，中心的國產生態日趨完善。目前在‘天河新一代’主機上完成9大類286款基於國產計算設備的應用軟件開發、移植和適配，涵蓋計算化學、分子動力學、流體力學、人工智能、生物信息、數學等應用領域，初步建立了‘天河新一代’國產軟件生態。”湖南大學教授、長沙超算中心常務副主任陳果介紹。

10年來，長沙超算中心推動超算應用開出繁花盛景——

探索高效催化劑材料是開發可替代能源最具競爭力的解決方案之一。湖南大學物理與微電子科學學院鄧輝球教授團隊依托長沙超算中心算力，証實了納米級表面應力驅動的反應活性具有特異性，即催化領域沒有活性完全相同的兩個反應位點，2024年2月，研究成果發表在國際最頂尖期刊Nature（《自然》）。

“我們團隊主要從事先進能源材料的模擬計算研究，利用超級計算機的強大計算能力，通過超大規模的模擬計算來研究材料在高溫、高壓和高能粒子輻照等極端環境下的行為，對於先進能源材料的設計與性能優化至關重要。”鄧輝球說，早在長沙超算中心剛建成時，雙方就開始了合作。10多年來，在長沙超算中心的算力加持下，課題組先后承擔和完成了多項國家重點研發項目及課題，在先進能源材料設計和材料基因工程等領域獲得重大突破，成果在新材料和核能等領域得到應用。

往南走進湖南省第二測繪院調查監測中心，通過衛星雲遙系統，可以看到全球159顆主流衛星的運行軌跡，通過統籌衛星資源拍攝地球空間影像，能實現對全省土地的全生命周期管理。

湖南省第二測繪院遙感統籌部副部長魏繼德介紹，衛星雲遙系統是一個集遙感數據資源統籌管理、服務發布、應用搭建和運維保障於一體的衛星遙感應用服務系統，採用的是“一雲兩端”架構，所有數據和功能都部署在長沙超算中心的“超算雲”上，實現了從數據接收生產到影像服務發布的自動化和智能化，走完全流程僅需10分鐘。

截至目前，該系統已為28個廳局單位和社會公眾開展國土調查、空間規劃、綠心監測、河湖監測、文物保護、交通路網核查等，提供了價值超過208億元的影像統籌產品。“遙感影像統籌及衛星應用系統”成功入選工信部“2023年度先進計算典型應用案例”。

在位於株洲的山河星航實業股份有限公司，“阿若拉SA60L”輕型運動飛機的生產制造忙不停，該機型累計交付超300架，國內市場佔有率第一，背后同樣有長沙超算中心的強有力支撐。

“雙方的合作從2018年就開始了。飛機設計要做氣動性能的分析，傳統方法要進行吹風試驗，不僅價格貴，而且研發時間長。我們依托超算，創新採用數字化風洞技術，讓設計效率大幅提升、研發成本大幅降低。通過合作，2024年還完成目前國內最大起飛重量的無人運輸機首飛。”山河星航總經理鄧宇告訴記者，公司下一步將繼續深化與長沙超算中心的創新合作，共同推進國產設計軟件的開發與應用。

通過超算人的不懈努力，超算應用從最初的天氣預報、科研領域擴展到各行各業，用戶也從科研單位擴展到企業和社會公眾。湖南大學副教授、長沙超算中心副主任肖晟介紹，中心自2014年正式運營以來，搭建了大規模分子育種、航空裝備仿真設計等產業發展和公共服務平台55個，共為24個省、市、自治區的4000余家用戶提供了高性能計算、大數據和人工智能等服務，社會效益和經濟效益顯著。

長沙超算中心支撐設計研發的“阿若拉”輕型運動飛機等待交付。長沙晚報通訊員 羅可 供圖

十年科創變量 滿足產業發展和科技創新的“超級底座”需求

在智能化時代，如同水網、電網和交通路網等基礎設施，算力已經成為經濟和社會發展的“超級底座”。隨著“超算應用生態”越來越豐富，超級計算機在支撐基礎科學創新、產業轉型升級、社會治理和民生保障等方面的作用越來越凸顯，科創“變量”正實實在在成為經濟發展的“增量”。

以服務地方產業發展為例，長沙依托超級計算逐步建立起完善的自主信息技術產業鏈。1400多家先進計算骨干企業在這裡串珠成鏈、聚鏈成群。長沙市新一代計算系統產業集群是全國45個先進制造業產業集群中，唯一一個以“計算”命名的集群，長沙也是目前全國唯一實現核心芯片全類型設計國產自主的城市。

陳果認為，從湖南整個計算產業自主化全鏈條來看，長沙超算中心扮演著三方面的重要角色。首先，長沙超算中心本身便是湖南自主計算能力的具體體現，中心擁有“天河”系列超級計算機，底層芯片、互聯架構、整機系統等都實現了自主研發。其次，長沙超算中心也是湖南整個計算產業鏈的重要支撐，包括中國電子、湘江鯤鵬、飛騰、麒麟信息等產業鏈關鍵環節核心企業背后都有來自長沙超算中心的算力支撐。此外，長沙超算中心還是湖南計算生態的“蓄水池”，在相關應用生態搭建、軟件推廣、人才培養等方面發揮著重要作用。

以支撐國家科技創新為例，長沙超算中心近年來牽頭或參與承擔的重點研發計劃、科技專項等國家及地方各類科技項目1000余項。

2023年底，國家重點研發項目“超算互聯網資源共享關鍵技術研發”任務書通過評審。項目牽頭方，正是湖南大學及長沙超算中心。

“單一超算中心在數據、算力、算法、軟件多樣性上，越來越無法滿足大規模科學工程計算與人工智能萬億參數大模型訓練等復雜場景應用的需要，亟需建設超算互聯網，打造國家算力底座，推動超算算力提供一體化服務。”湖南大學教授、長沙超算中心總工程師唐卓介紹，項目將通過構建統一的類電商應用網絡服務平台，將分布在不同地域的計算、存儲和應用資源整合在一起，依據任務需求自動調度計算資源，打破算力孤島，推動全國范圍內的算力普惠共享。

近年來，以大模型為代表的生成式人工智能浪潮涌現，算力的需求激增。面對新形勢，長沙超算中心提前布局，可同時提供超算、通用、人工智能等多種算力，推動湖南加快融入全球計算產業格局。

“下一步，中心將圍繞生態建設、應用創新、技術攻關、人才引育等方面發力，進一步強基礎、優算力，強攻關、聚人才，優生態、促應用，加快打造算力產業高地，推動綠色智能計算產業做強做優做大，為實現‘三高四新’美好藍圖、長沙建設全球研發中心城市提供有力支撐。”陳軍說。（記者 譚琳靜 徐運源 通訊員 呂屹 羅可）

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