HPC是什么？谈工业4.0不能少了它

由于对大规模计算能力的需求，通常集中在科学研究、气象预报、军事研究等方面，与普通用户的关联性看似不明显，所以会有人对于研究HPC有何意义提出质疑；另外，近些年云计算和大数据的兴起，也使一些普通用户对HPC的作用领域表示不了解，似乎搞科研才用HPC，企业、商业应用用云计算和大数据就能解决所有问题，这样“上帝的归上帝，恺撒的归恺撒”一划分，就把HPC对企业的作用给抹去了。

近日在2015年高性能计算用户大会上，大数网记者听到不少专业和业内人士对HPC应用的分享和探讨，深感HPC应用范围之广，以及中国制造要向工业4.0迈进，HPC的作用不可或缺。为什么？

一、强力的HPC在促进制造业的创新

对工业4.0最简单的解读就是“以信息物理系统为基础的智能化生产”，很多人会从IOT（物联网）的概念出发来看待这个“智能化”的概念，认为就是把物理设备连接到互联网上，然后实现计算、通信、精准控制和自我管理，来实现智能化生产；这当然没错，但HPC在整个工业、制造业中起到的作用也同样不可忽视。

以制造业为例。在制造业中，一个产品从设计图到CAE模型的建立，然后进行仿真、分析、测试、产品改良再到产品定型，以及产品定型之后的再测试和量产，包含了非常多的步骤，每一个步骤都不可或缺。但是从时间和成本的角度考量，在这些步骤中，虚拟的、仿真阶段所花的时间和成本最低，而一旦进入真正的实体产品阶段，耗费的时间和成本会很大幅度的向上提升。如果能在整个产品定型之前，尽量让虚拟产品更贴近现实中的情况，就可以缩短企业研发产品加快产品上市的时间，加快企业的创新速度。

而要实现精准可靠的建模、分析，CAE又对仿真工具的计算能力提出了挑战，比如在CAE的前处理、有限元分析和后处理过程中，对数据的分析和图形展示能力有着很高的要求，这种情况下，HPC可以帮助企业完成精准、可靠的仿真模拟分析过程，促进企业甚至整个工业制造业的创新。

劳斯莱斯（RR）不仅是豪车的代名词，也是世界上最优秀的发动机制造者之一。其Trent XWB发动机是空客A350XWB的唯一动力系统，据称也是RR史上销售最快的发动机。与前任发动机相比，Trent XWB可以节省20%的油耗，每年在每架飞机上能为航空公司就A350节省200万英镑，而据劳斯莱斯自己称，能够实现这种能效的提升，全靠基于HPC运行的仿真工具所赐。

Trent XWB——仿真的作用

按照劳斯莱斯的说法，要想在整个设计周期内，以一个稳健、可靠的平台，按照有限的时间范围和精准度要求，完成建模和分析，似乎只有HPC所提供的计算资源值得依赖了。所以劳斯莱斯现在基本上绝大多数仿真都在本地的HPC中完成。

此外，美国最大的科学与工程研究实验室之一——阿贡实验室，借助超级计算机在碳纳米管电极锂离子电池研究中取得突破性进展，通过对电极、结构的研究，让电池能量增加了近2倍,为新能源汽车的开发提供了重要的参考。

在其他领域，HPC也在发挥着重要的作用。比如依靠人工振动波来还原地下构造和信息的石油勘探，就一直是HPC使用的最大的用户之一，随着勘探节奏越来越快，要求处理的周期越来越短，以及为了实现更高的精度所需的复杂算法和数据处理需要，现在物探行业对HPC的能力需求也越来越大。想一想，如果选用准确度不高的算法，选定地址一口井打下去一个亿的资金没了，企业愿不愿意在算法和高性能计算上投钱呢？

可以说，HPC与现代工业应用已经密不可分。但是不是只有这些高、精、尖的工业、制造业才用得到HPC呢？

二、不断演进的HPC为更多客户提供服务

以上海超级计算中心为例，根据业务需要，上海超级计算中心正在建设专业领域的综合设计分析平台，将零散的软件集成起来，根据行业的特点，提供功能更加强大，更加专业化的平台，将HPC技术和应用推广到汽车和航天这些传统行业之外的非传统行业中，比如食品和化工行业中。

从大会上反馈的情况来看，HPC的商业用户这两年也确实逐渐增多，除了设计、制造之外，HPC也开始在商业上利用大数据做顾客信息的分析，以及进行深度学习在互联网的应用等，现在HPC正处于商业应用中快速成长的阶段。

浪潮集团高性能计算总经理刘军认为，计算架构的发展经历了“服务器即计算机、机柜即计算机和数据中心即计算机”这三个阶段，在第三个阶段，企业计算架构已向融合进化，越来越多的企业采购不再单独购买服务器、存储等硬件，而是直接购买机柜，其中的配置都是个性化的。

今年4月浪潮推出了“计算+”的战略,核心理念是将服务器、网络、存储融合为一体，并通过软件定义方式实现计算架构的统一管理，在本次HPC用户大会上，刘军又对浪潮如何以高性能计算服务更多用户进行了说明。

首先是面对不同应用不同的计算需求，提供一个适应性的计算环境，其次是上面所说的融合基础架构，以整机柜的方式实现所有资源的统一管理，最后是实现软件定义的HPC，支持软件定义的数据服务，软件定义的网络服务和软件定义的资源服务，保证底层资源对上层业务应用支撑的灵活性，满足更多行业客户的计算资源使用需要。

刘军表示，浪潮已经在给HPC用户构建交钥匙的工程，从整个机房设计到散热到机柜部署到计算资源的调度和分配，整个文件存储的共享和提升；在目前这样一个大计算（Big Computing）的趋势和挑战下，浪潮希望可以做到从HPC到深度学习、大数据等等，支持中国制造业向“智能制造”的方向迈进。

三、已得到应用的HPC在起着重要的作用

从IDC分享的报告数据来看，HPC在欧洲经济中发挥了非常重要的作用：

2013年，制造业贡献了欧盟25.2%的GDP，而采用了HPC的工业企业中，97%都表示HPC不可或缺；

在贡献了3000万个工作机会，和16%欧盟GDP的制造业中，HPC不仅改变了产品设计的流程，还通过智能制造创造了大量的工作岗位；

石油和天然气已经将HPC作为主要的核心竞争力之一；

HPC还促使了医疗卫生行业（贡献10%的欧盟GDP）的数字变革。

可以看出，美国、欧洲等工业的高水平发展已经跟高性能计算在工业上的应用程度息息相关；而中国作为工业制造大国，工业产品研发和设计能力至关重要，作为必需工具的高性能计算机及其相关的软件和工程化的体系也必将得到重视。

所以，记者希望，随着更多的厂商进入以及更多服务和解决方案的提供，中国的HPC能进入快速发展时期，将更多的计算能力带给更多的企业和用户。

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