2017年度中國科學(xué)院超級計(jì)算發(fā)展指數(shù)發(fā)布

2018年10月26日，在西安舉辦的中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心 2018年用戶大會暨技術(shù)交流大會上，中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心信息化發(fā)展戰(zhàn)略與評估中心發(fā)布了2017年度中國科學(xué)院超級計(jì)算發(fā)展指數(shù)(CAS SCDI)，該指數(shù)的評價指標(biāo)數(shù)據(jù)基于自主開發(fā)的“CAS SCDI 數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)”Web 在線收集，院超級計(jì)算環(huán)境用戶群體中共計(jì) 93個課題組提交了超級計(jì)算應(yīng)用成果。

1 超級計(jì)算發(fā)展指數(shù)簡要分析

(1)2017年度 CAS SCDI 編制說明

中國科學(xué)院超級計(jì)算發(fā)展指數(shù)(CAS SCDI)編制以超級計(jì)算生態(tài)環(huán)境合理量化綜合評價為出發(fā)點(diǎn)，遵循科學(xué)性、目的性、導(dǎo)向性、代表性、可行性、公開性和通用性原則，從環(huán)境建設(shè)、環(huán)境使用、用戶直接科研產(chǎn)出、支持用戶科研項(xiàng)目、人才培養(yǎng)和收入六個維度構(gòu)建了評價指標(biāo)體系，共計(jì) 17個三級評價指標(biāo)、6個分指數(shù)、1個綜合指數(shù)。此外，該報(bào)告第五次為分中心提供超級計(jì)算發(fā)展指數(shù)分析。

(2)2017年CAS SCDI 編制結(jié)果及分析

中國科學(xué)院超級計(jì)算發(fā)展指數(shù) 2006-2017年度走勢如圖1所示。

分析表明：

① 2017年度，CAS SCDI 為454.10 點(diǎn)，較 2016年度增長了6.41%，2006–2017年間平均增長率為34.74%。這表明，中國科學(xué)院超級計(jì)算過去幾年間保持著強(qiáng)勁的發(fā)展態(tài)勢，中國科學(xué)院超級計(jì)算環(huán)境的建成為中國科學(xué)院超級計(jì)算的發(fā)展注入了強(qiáng)大的動力，加強(qiáng)超級計(jì)算軟環(huán)境建設(shè)仍然是中國科學(xué)院院超級計(jì)算今后發(fā)展需要著重解決的一個問題。

② 超級計(jì)算應(yīng)用的發(fā)展會在一定程度上滯后于計(jì)算能力的提升，但計(jì)算能力升級的間隔周期過長，致使用戶作業(yè)規(guī)模長期保持在一定的水平，甚至出現(xiàn)一定幅度的下降，這不利于超級計(jì)算應(yīng)用的良性發(fā)展，也是阻礙超級計(jì)算發(fā)展的一個因素。

③ 加強(qiáng)超級計(jì)算人才培養(yǎng)是超級計(jì)算生態(tài)環(huán)境建設(shè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能夠直接推動用戶直接科研產(chǎn)出和收入等層面的發(fā)展，能夠?yàn)橹袊茖W(xué)院超級計(jì)算良性發(fā)展提供持續(xù)推動力。

2006–2017年度，中國科學(xué)院超級計(jì)算發(fā)展指數(shù)6個分指數(shù)走勢如圖2所示。2017年度，各分指數(shù)較2016年度的增長比例及對總指數(shù)的貢獻(xiàn)如圖3所示。

對6個分指數(shù)的編制結(jié)果的分析表明：

① 2017年度，6個分指數(shù)中，環(huán)境建設(shè)分指數(shù)、環(huán)境使用分指數(shù)和收入分指數(shù)較 2016年度有所增長，增幅分別約為150.52%、12.40%和77.83%；

② 2017年度，環(huán)境建設(shè)分指數(shù)對總指數(shù)增長的貢獻(xiàn)最高，達(dá)到150.52%，較 2016年增長分析主要原因：“元”二期投入運(yùn)行，加之中國科技云正式對公眾開放，用戶對院超級計(jì)算環(huán)境的關(guān)注度也有了提高，計(jì)算能力、存儲能力、公用的應(yīng)用軟件數(shù)量及計(jì)算賬號數(shù)量等指標(biāo)參數(shù)較去年均有所增長，漲幅為31.83%。希望今后繼續(xù)提升我院超級計(jì)算環(huán)境能力，更好的支撐服務(wù)我院的科學(xué)發(fā)展。

(3)分中心發(fā)展指數(shù)分析

圖1 中國科學(xué)院超級計(jì)算發(fā)展分指數(shù)走勢(2006-2017年)Fig.1 Trends of the sub-indices of the CAS SCDI during 2006-2017

圖2 中國科學(xué)院超級計(jì)算發(fā)展分指數(shù)走勢(2006-2017年)Fig.2 Trends of the sub-indices of the CAS SCDI during 2006-2017

圖3 2017年度各分指數(shù)較 2016年度增長比例及對總指數(shù)增長的貢獻(xiàn)Fig.3 Contribution ratio of sub-indices to CAS SCDI growth(2017)

2011–2017年9個分中心的超級計(jì)算發(fā)展指數(shù)趨勢如圖4所示。數(shù)據(jù)表明，2017年度合肥分中心、廣州分中心和深圳分中心名列前三。整體來看，分中心發(fā)展是穩(wěn)健向上發(fā)展的，同時由于絕大部分分中心設(shè)備也已超過五年，設(shè)備需要升級換代以保障持續(xù)長久的發(fā)展。

分中心指數(shù)對總指數(shù)的貢獻(xiàn)率如圖5所示。數(shù)據(jù)表明，分中心對我院超級計(jì)算發(fā)展指數(shù)起到了重要作用，2017年度貢獻(xiàn)達(dá)到50.11%。

9家分中心的分指數(shù)發(fā)展走勢如圖6所示。很明顯，2017年度大部分分中心的收入分指數(shù)有大幅提升，主要原因是對收入分指標(biāo)征集范疇進(jìn)行了規(guī)范和明確。

2 超級計(jì)算環(huán)境使用簡要分析

基于各中心管理員提交的超級計(jì)算環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)，從系統(tǒng)使用率和計(jì)算規(guī)模兩個維度對中國科學(xué)院超級計(jì)算環(huán)境 2017年度使用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

(1)中國科學(xué)院超級計(jì)算環(huán)境總中心和分中心系統(tǒng)整體使用率(2017年)

2017年度中國科學(xué)院超級計(jì)算環(huán)境總中心和9家分中心系統(tǒng)使用率情況如圖7所示。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2017年度，青島、合肥、昆明分中心系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)載較高，系統(tǒng)使用率均超過了50%，其中青島分中心系統(tǒng)使用率最高，達(dá)到71.48%。這主要在于這些超級計(jì)算中心擁有較大規(guī)模的用戶群體，超級計(jì)算學(xué)科應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，可以考慮進(jìn)一步增強(qiáng)超級計(jì)算能力；沈陽分中心系統(tǒng)使用率偏低，可以從加強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)維保障能力、拓展超級計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域、培育超級計(jì)算典型示范應(yīng)用等方面提高超級計(jì)算應(yīng)用水平。

(2)中國科學(xué)院超級計(jì)算環(huán)境總中心和分中心按計(jì)算規(guī)模統(tǒng)計(jì)的用戶作業(yè)機(jī)時占比情況(2017年)

對于總中心按計(jì)算規(guī)模統(tǒng)計(jì)的用戶作業(yè)機(jī)時占比，2010–2017 連續(xù)七年的對照情況如圖8所示。2010～2015年總中心 64～127 CPU 核計(jì)算規(guī)模的作業(yè)機(jī)時占比連續(xù)六年保持最高，2016～2017年度2～31CPU 核作業(yè)機(jī)時占比最高。主要原因在于小規(guī)模作業(yè)仍然占比較大，以公安部的專項(xiàng)用戶作業(yè)為例分析，大量平均作業(yè)規(guī)模為25.5 核作業(yè)任務(wù)集中部署在總中心“元”系統(tǒng)內(nèi)，全年共計(jì)運(yùn)行 1642288個作業(yè)，占據(jù)2-31 核計(jì)算規(guī)模的11.6%。此外，由于受國內(nèi)大型超算中心大規(guī)模計(jì)算作業(yè)能力逐年提升的影響，總中心“計(jì)算規(guī)?！脩糇鳂I(yè)機(jī)時占比”變化曲線仍將呈現(xiàn)出“尖峰-厚尾”不對稱分布形態(tài)，曲線的峰值會逐漸右移且靠近曲線的左側(cè)。這也表明，超級計(jì)算能力建設(shè)需要合理規(guī)劃布局、分階段擴(kuò)容，才能夠滿足用戶動態(tài)的應(yīng)用需求，形成計(jì)算能力與學(xué)科領(lǐng)域應(yīng)用協(xié)調(diào)、良性發(fā)展局面。

圖4 分中心超級計(jì)算發(fā)展指數(shù)走勢(2011-2017年)Fig.4 Trends of the CAS SCDI of regional centers during 2011-2017

圖5 分中心指數(shù)對總指數(shù)的貢獻(xiàn)率(2011-2017年)Fig.5 Contribution ratio of sub-indices to CAS SCDI(2011-2017)

圖6 中國科學(xué)院超級計(jì)算發(fā)展分指數(shù)走勢(2011-2017年)Fig.6 Trends of the sub-indices of the CAS SCDI during 2011-2017

圖6 中國科學(xué)院超級計(jì)算發(fā)展分指數(shù)走勢(2011-2017年)Fig.6 Trends of the sub-indices of the CAS SCDI during 2011-2017

圖7 2017年度總中心和9家分中心系統(tǒng)整體使用率Fig.7 System Usage Rate of head center and nine regional centers(2017)

圖8 總中心按計(jì)算規(guī)模統(tǒng)計(jì)的作業(yè)機(jī)時占比情況對照Fig.8 Comparison of proportion of job walltime based on calculation scale in head center

圖9為2017年度各分中心按計(jì)算規(guī)模統(tǒng)計(jì)的作業(yè)機(jī)時占比情況。分析發(fā)現(xiàn)，在分中心萬億次計(jì)算系統(tǒng)中，用戶作業(yè)基本集中在2～255 CPU 核的計(jì)算規(guī)模，9家分中心該計(jì)算規(guī)模區(qū)間段的作業(yè)機(jī)時占比都接近或超過70%，其中深圳、武漢、青島分中心在該計(jì)算規(guī)模區(qū)間段的作業(yè)機(jī)時占比超過90%；9家分中心中，青島、合肥和蘭州分中心 128 CPU 核以上計(jì)算規(guī)模的作業(yè)機(jī)時占比最高，超過35%；青島分中心 128CPU 核及以上計(jì)算規(guī)模的作業(yè)機(jī)時占比達(dá)到54.76%；合肥分中心 1024CPU 核及以上計(jì)算規(guī)模的作業(yè)機(jī)時占比為0.41%。這表明，各分中心在大規(guī)模并行計(jì)算應(yīng)用方面具有一定的潛力，在超級計(jì)算應(yīng)用拓展方面具有更大的發(fā)展空間。

3 超級計(jì)算用戶應(yīng)用成果概覽

基于超級計(jì)算用戶已提交的2017年度超級計(jì)算應(yīng)用成果數(shù)據(jù)，對用戶科研項(xiàng)目、學(xué)術(shù)論文和專利情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

(1)計(jì)算支撐科研項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)來源情況(2017年)

在中國科學(xué)院超級計(jì)算環(huán)境用戶群體中，2017年度計(jì)算支撐科研項(xiàng)目共計(jì) 377 項(xiàng)，比 2016年項(xiàng)目數(shù)降低 9.38%。經(jīng)費(fèi)來源分布情況如圖10所示，國家級項(xiàng)目占比超過70%，其中國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目最多(占總項(xiàng)目的52.52%)，這充分表明中國科學(xué)院超級計(jì)算環(huán)境為國家層面的科學(xué)研究項(xiàng)目的開展提供了強(qiáng)有力的計(jì)算支撐，對于國家科技創(chuàng)新有著無法替代的服務(wù)支撐能力。

圖9 2017年度分中心按計(jì)算規(guī)模統(tǒng)計(jì)的作業(yè)機(jī)時占比情況Fig.9 Proportion of job walltime based on calculation scale in regional centers(2017)

圖10 由計(jì)算支撐的用戶科研項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)來源情況Fig.10 Research funding sources supported by calculation of users

(2)超級計(jì)算用戶發(fā)表論文檢索情況(2017年)

超級計(jì)算用戶2017年度已發(fā)表論文共 316 篇，檢索情況如圖11所示，其中被 SCI和EI 檢索論文數(shù)達(dá)到94%。和2016年度相比，2017年度論文數(shù)量總數(shù)減少40.15%，分析主要原因是填報(bào)用戶減少，論文發(fā)表成果相對上一年數(shù)量有所減少。

分析發(fā)現(xiàn)，中國科學(xué)院院超級計(jì)算環(huán)境提供的計(jì)算服務(wù)有力地促進(jìn)了基礎(chǔ)理論研究、科學(xué)發(fā)現(xiàn)和工程技術(shù)創(chuàng)新。

(3)超級計(jì)算用戶專利授權(quán)情況(2017年)

2017年度超級計(jì)算用戶專利授權(quán)共計(jì) 83 項(xiàng)，與2016年度相比，專利數(shù)量增長 56.6%，類別分布情況如圖12所示，由超級計(jì)算技術(shù)支撐所產(chǎn)出的專利主要集中在“發(fā)明”、“國外專利”和“實(shí)用新型”三個類別，各類專利數(shù)量呈逐年上升趨勢，進(jìn)一步說明超級計(jì)算對于知識創(chuàng)新發(fā)揮了重要的促進(jìn)作用。

圖11 超級計(jì)算用戶已發(fā)表論文檢索情況Fig.11 Retrieval of published papers of Supercomputing users

圖12 超級計(jì)算用戶專利授權(quán)情況Fig.12 Patent licensed by Supercomputing users