2016年的夏天，最热的不仅有天气，还有超级计算机。
6月20日，在第47届全球超算TOP500榜单中，中国超算“太湖之光”一骑绝尘，斩获冠军宝座;同时，中国军团以167套超算的成绩首次超过了美国(165套)，拿下超级计算机份额冠军。
在这届榜单中，无论是“点”还是“面”，中国超算都取得了冠军，这是值得中国超算界骄傲的成绩。更为深远的意义是，“太湖之光”的计算峰值已经达到十亿亿次，为下一个计算高度——“E级计算”揭开了序幕。
“E级计算”将达到每秒钟百亿亿次的浮点运算，是“太湖之光”的十倍。从目前来看，实现这个目标并不容易，还需跨越能耗、可靠性等多个壁垒。
但“E级计算”并不遥远，在近日召开的曙光2016技术创新大会(IDIC2016)上，李国杰院士指出，中国希望能在2020年实现E级系统，比美国的预期要早四年，而中科曙光则是实现这一目标的排头兵。
中国工程院院士、曙光公司董事长李国杰
对于这一目标，曙光公司总裁历军表示，曙光目前在E级计算方面的研究开发已经取得了阶段性的成果，在E级技术、E级应用和E级服务方面都已经做好了准备。
技术破壁
历军指出，实现E级计算，还要翻过几道墙，如访存墙、可靠性墙、能耗墙、扩展性墙和E级应用创新。例如，E级计算系统可能会包含六万个处理器，其稳定性以及高速互联的可靠性将带来巨大挑战;按照当前超算系统来推测，E级系统功耗可能将达到40~50兆瓦，对于任何一个客户来说都难以承担。
曙光公司总裁历军
所以，要实现E级计算，技术上就要有新的创新突破。
在IDIC2016上，曙光副总裁沙超群展示了曙光E级系统原型机：采用层次化设计，处理器、加速部件到节点，多个节点形成一个超节点，多个超节点组成一个硅元，由多个硅元形成超级计算机系统，曙光将其称之为“6D-Torus”结构，可以扩展到10万个以上的节点规模，满足E级计算的扩展性。
除了扩展性，“6D-Torus”硅元结构最大的优点在于局部通信性能特别高。“为了实现6D-Torus，我们设计了一个硅元路由器，在这个路由器可以达到500端口以上、每端口100G的吞吐能力。我们会使用这种硅元路由器完成整个路由的算法，来优化路由算法，保证这个系统的扩展性和稳定性”，沙超群表示。
在能耗和散热方面，曙光E级系统将采用一种非常“科幻”的散热方法。在去年的ICDC大会上，曙光展示了地球模拟装置，该系统采用了冷板式的冷却模式，把水通过散热片连接到服务器的处理器上进行冷却，实测PUE 达到了1.17，而下一步，曙光的E级超算系统里面会采用进一步的浸没式液冷服务器。
“我们将采用相变(蒸发)冷却的模式对E级系统进行制冷”，沙超群表示，曙光E级超算整个系统都会浸泡在液体中，通过相变带走热量，然后这些气体会移到一个气体准直当中，通过常温水的冷却变成液体，重新回到服务器里面。“蒸发的潜热是比热的效率的100倍，也就是说这是一种最高效的冷却模式，可以让系统零风扇、零噪音，可以实现整机的PUE小于1.1。”
另一方面，曙光E级超算采用了弹性的、可定义的计算部件，性能功耗比能够达到每瓦10GFlops以上——在超算Green500榜单中，全球最绿色的超级计算机性能功耗比是6.6GFlops/瓦，也就是说曙光E级系统性能功耗比将会提高两倍。
同时，得益于自适应超融合的软件系统，曙光E级超算可以重定义计算节点，从而大大拓展了应用领域。“比如说今天有的应用需要更多的加速器，有的应用只需要处理器，有的应用需要均衡的加速器和处理器，我可以通过软件配置把它进行变化”，沙超群表示，这样就可以让超算系统不光能够服务于科学计算，同时可以承担大数据、人工智能、深度学习以及云计算等方面的应用。
应用先行
对于中国超算来说，“应用”是一个老生常谈的话题。曾有专家指出，中国现在是一个超算大国，但还称不上是超算强国，因为中国超算硬件水平已经领先世界，但应用水平相比欧美、日本等国家还有差距。