真要“算”起来，还远远不够

　　这是一道简单的计算题——

　　清点甲乙两个仓库的口罩，是先清点甲仓库，再清点乙仓库，还是甲乙两个仓库，同时清点，这两种计算思路，哪个更快？

　　很明显，答案是后者。

　　这种更快的计算思路，就是并行计算，它是相对串行计算来说的，就是将被求解的问题分解成若干个部分，各部分均由一个独立的“大脑”来计算，通过扩大问题求解规模，从而解决大型而复杂的计算问题。

　　1987年，44岁的李国杰就已经见识到这种计算技术的魅力。那一年，他进入中国科学院计算技术研究所工作，应中国科学院理论物理研究所之邀，讲授一门并行计算的课程。

　　他至今记得，包括“两弹一星”元勋彭桓武、著名理论物理学家郝柏林等在内的老科学家都坐在台下听课，而他们从未缺席过任何一节课。李国杰说，他深深感受到老一辈物理学家当时对并行计算技术的渴求。

　　如今30多年过去，计算技术日新月异，而早已是中国工程院院士的李国杰也对它有了最新判断。在3月25日中国科学院“先导杯”并行计算应用大奖赛的线上启动会上，77岁的李国杰说，“未来几十年，一定是并行计算的黄金时代。”

　　在他看来，下一个十年，将出现一个全新体系结构的“寒武纪大爆发”，学术界和工业界的计算机架构师，也将迎来“一个激动人心的时代”，而计算机体系结构的改进，必须和并行算法、并行软件同步进行，改进得越大，得到的效率提高就越大。效率越高，自然就算得越快。

　　那么问题来了，算得快，到底有啥用？

　　远的不说，就在当下进行的新冠肺炎疫情抗击中，就有并行计算的身影。

　　1月24日，中山大学药学院教授罗海彬团队提出紧急需求：抵抗新冠病毒的药物筛选和病毒突变预测，需要大量计算资源。国家超级计算深圳中心接到任务后，仅用一小时就协调、对接好了计算资源，优先调度出两个分区400多个节点的计算资源供其使用。

　　李国杰说，疫苗与抗病毒新药研制涉及复杂的数学模型，必须借助数值方法应用并行计算求解，并行处理技术在对抗病毒中发挥不可替代的作用。

　　并行计算之所以发展迅猛有其原因。

　　在李国杰看来，我国选择的并行计算发展道路，是从先研发高性能、大规模的并行计算设备入手，在推出成熟的产品后，再寻找相适应的应用。

　　这种选择的优势，是可以在短期内推出高性能的超级计算机，并持续优化，我国在全球超级计算机TOP500排行榜中成绩突出就是例证。

　　不过，这种选择的短板也很突出：并行计算所需的应用软件缺乏，许多大型科学计算应用软件主要依靠进口。

　　李国杰说，在计算机科学家的传统思维逻辑中，他们认为用户并不知道需要什么技术，于是，他们引进新的语言、研制新的编译技术、创新系统结构来解决某些并行问题，然后将他们自以为“聪明”的解决方案推送给用户。但问题是，用户并不会用、也不太愿意学习这些学者们提供的方法。

　　李国杰认为，要实现这样的跨学科深度合作，计算机科学家需要跳出传统的思维逻辑，即从“技术推动”转向“应用拉动”；从把“聪明”的解决方案推送给用户，转向与应用领域的专家一起开发关键的并行应用软件，同时以实际观察到的常用模式引导研究。

　　他给出一个成功的例子——

　　常规的脑科学解剖成像技术，重构一只老鼠的大脑需要7000年，而脑科学家与美国普林斯顿大学计算机科学系教授李凯的合作项目，则将数据分析时间缩短到了原来的20万分之一。

　　“如果仅仅依靠脑科学家自己，绝对没有这么高的速度。”李国杰说。

　　当然，并行计算也面临不少挑战。李国杰说，尽管并行计算大行其道，但“并行计算并不是万能药”。

　　在他看来，目前，智能计算、大数据计算主要是靠并行处理，不但GPU给人的希望是大规模并行，量子计算、生物计算等的威力也是并行处理。并行计算虽然有很强大的功能、效率，但是它也不是万能的。

　　比如，并行计算目前还面临着“需要有全新的思路挖掘片内并行性”“如何缓解因扩展并行而恶化的访存瓶颈”“并行算法也要紧紧围绕低功耗这个更重要的目标”“提高并行计算的通用性、覆盖应用的范围”“必须对付智能应用这类动态、不确定的复杂负载”等重要命题。

　　这些问题，需要更年轻一代的科研人员来回答。

　　如今，李国杰专门担任并行计算应用大奖赛专家咨询委员会主席，就是希望借此呼吁补齐并行计算的短板，并希望有更多年轻人加入到并行计算应用的队伍中来。

　　据他回忆，多年前，中科院物理所的王鼎盛、生物物理所的陈润生、中国科大的陈国良、软件所的孙家超、计算所的孙凝晖等科研人员，成立了一个研究并行算法和并行软件的小组，构成一部“三套马车”。

　　若干年后，这个不到十人的跨学科小组，出了四位院士。

　　如今，年轻人再来一次跨学科组合，是否也能从中诞生几位科学大家？

　　我们拭目以待。