张译之

近几年，高校对计算资源的需求飞速增长，部分高校的高性能计算资源无法满足各学科日益增长的高性能计算需求，且存在重复建设、计算资源分散、运维复杂、安全隐患多等问题。本文深入地剖析了部分高校高性能计算资源的现状及存在的问题，并探讨了解决方案与实现路径，旨在有效配置科技力量和创新资源，高效地为学校教学科研和人才培养做好服务支撑。

一、引言

超级计算机被誉为科技创新的“发动机”。作为新时代的国之重器，超级计算机已广泛应用于大气海洋环境、数值风洞、医学信息、基因组学、药学、电磁学、天文学等领域，从工业仿真、智能制造到社会治理、疫情防控，对于国家经济社会高质量发展和高水平科技创新具有重要支撑作用。

超级计算 （也称超算、高性能计算）是一个计算机集群系统，由多个超级计算机节点组成，以此来解决大规模计算问题。利用高性能计算，高校、科研机构能够实现海量数据的分析，大幅提高实验效率，并获得有关实验现象背后原理机理的更深层次的刻画。

近几年，随着高校在科研方面的不断进步，对计算资源的需求飞速增长，校级超算平台是学校重要科研资源，可满足各学科领域对于大规模数据处理和大规模科学计算的需求。当前，数字化转型要促进教育高质量发展，以超级计算平台为代表的新型基础设施建设是高等教育数字化转型的重要抓手，在高校探索教育數字化转型之际，应把握机遇，进一步探索超算平台的发展路径。

二、高性能计算现状及问题

（一）国内现状

十年来，我国超级计算机事业取得了举世瞩目的成就，实现了高性能计算从“跟跑”到“领跑”的历史跨越，不断攀登世界超算之巅。目前，我国已在各地建立起大大小小的国家级和地方级超算中心，构成我国的算力矩阵，推动载人航天、探月探火、深海深地探测、超级计算机、卫星导航、量子信息、核电技术、大飞机制造、生物医药等领域取得重大成果，进入创新型国家行列。

（二）高校现状

作为教学科研重地，很多高校都建立了校级超算平台，以提升计算与服务能力。从建设模式来看，大部分高校采用自建方式构建高水平超算中心，部分高校通过与政府、企业合作的方式共建国家级超算中心，实施重大应用项目，培养高性能计算人才与相关战略性新兴产业。从运营模式来看，大部分高校仍处于向校内提供计算服务，帮助用户学习使用超算的阶段；部分头部高校则已经开始积极探索计算驱动的交叉学科发展模式，推动更多符合我国科研实际情况的自主可控超算软件的研发。

（三）高校存在的问题

作为教学科研重地，很多高校都采购了大量的高性能计算资源，在深入调研后发现部分高校的高性能计算资源存在以下问题。

分散建设导致资源浪费。尽管很多高校对高性能计算的总投入已经很高，但分散建设无法实现算力的持续叠加。部分资源在课题结束后处于闲置状态，造成了高性能计算资源“稀缺”与“浪费”并存的尴尬局面。

重复建设导致资金浪费。由于缺乏统筹管理，高性能计算资源存储的机房环境、空调、不间断电源、系统和应用软件等存在重复建设问题，导致严重的资金浪费。

独立建设导致人才浪费。现有的高性能计算资源均由院、系、实验室独立建设，需要投入大量的调研、选型、比价等时间成本，导致大量科研精力被浪费。

三、解决方案及路径

高性能计算设备更新周期短，如果在五年内使用率不高，就无法收回投资。因此，针对如何充分有效配置高性能计算资源，发挥其核心潜力，提出以下方案。

（一）方案分析

根据调研及文献分析，有三种方案可尝试使用：一是整合校内现有资源，二是租用校外资源，三是新建校级超算中心。经部分高校实际验证，前两种方案可以解决少量问题，但存在突出的弊端。

整合校内资源，可实施性不强。首先，校内现有高性能设备由于购买时间不同，性能参差不齐，且搬运过程中也可能造成损坏，因此，整合后能真正被利用的不多。其次，强行整合老师们用科研经费购置的计算资源，会打击其科研积极性。再次，校级超算中心相当于公共交通，部分老师对计算环境有特殊的需求，可允许他们保留原有计算环境，享受科研舒适度和自由度。

完全租用校外资源，不便于科学研究。租用校外资源可以有效解决校内资源不足的问题，但是存在以下问题。首先，对高性能计算资源依赖较高的科研团队大多数会对计算软件进行二次开发，部分学科的数据涉密，将软件和数据存储在校外，不利于保护科研成果；其次，部分学科计算结果数据量大，下载数据时面临网络回传数据较慢的问题；再次，校外超算中心排队现象严重，且对高性能资源需求较大的学科，完全租用资源的费用较高。

新建超算中心，助力科研水平提升。双一流高校基本上已建立校级超算中心，且成效明显，已支撑学校师生发表了多篇突破性高水平文章。其他具备经费条件的高校，应该尽快统一建设这个基础的科研平台，促进多学科融合发展。

（二）实现路径

1.顶层规划

超算中心管理重大校级平台，由学校按照“统筹规划、集中管理、开放共享、有偿使用”的原则建设与使用。加强计算资源论证、立项、运行、考核等全过程管理，并从组织机构、基础环境、平台建设、运行管理等多方面进行保障，确保超算中心充分发挥效益。

2.超算中心建设

（1）搭建超算公共平台

校级超算平台由学校统筹建设资金、统一规划建设，应基于校内各科研团队对计算资源的实际需求，以及当前已有的计算与存储规模做好规划。通过分步建设方式，最终建立一个多软/硬件支撑、多运行环境、用户管理统一、支持多学科应用软件运行的超算平台。建设内容主要包括机房物理与动力环境、计算节点、存储系统、网络系统、集群管理软件、常用学科软件等。如图1所示。