望着伫立在玻璃房子里的三个“大家伙”，烟台师范学院物理与电子工程学院院长杨传路教授心里乐开了花，喜悦之情溢于言表。杨传路教授是学校作为重点人才引入的知名专家，长期从事势能函数、分子和团簇结构以及原子与分子碰撞计算等分子科学方面的研究。那三个“大家伙”则是一套由32个节点服务器组成的曙光4000A超级计算机，每秒运算速度达到四千多亿次。有了这台超级计算机，这位早年毕业于四川大学原子与分子物理专业的博士可以好好大干一番了。

    目前，杨院长领导下的原子与分子物理实验室是山东省重点扶持建设实验室，由学校1997年批准成立的原子与分子物理重点学科和2000年批准成立的分子与纳米材料重点实验室整合组建而成。实验室设有原子与分子物理和物理学科教学论硕士学位授权点。现有固定人员15人，其中教授7人，博士5人，博士在读3人。为了提升实验室的科研水平，杨院长和学校领导不谋而合地相中了计算机领域里的“超级武器”——每秒运算速度达数千亿次的超级计算机。
 
    工欲善其事，必先利其器

    超级计算机是工程计算、新药设计、生物基因、船舶工程、地质勘探、海洋工程、气象气候、地震预报、城市建设、核爆模拟、石油物探、航空航天、材料工程、环境科学和基础科学等领域不可缺少的高端计算工具。时至今日，依托超级计算机的“计算机模拟”已经成为继理论科学、实验科学之后，人类认识自然的第三大科学方法，成为技术创新的主要工具。壳牌石油公司通过网络收集员工的创新建议，并用超级计算机加以模拟集中处理，结果发明了一种通过激光探测地下油床的新技术，为该公司发现了３亿桶原油。由于各核大国已经签署禁止核试验条约，用超级计算机模拟核试验已经成为不可替代的工具。美国能源部希望研制的100万亿次的超级计算机能真实地模拟核爆炸。可以说，超级计算机的技术和应用水平在某种程度上决定了一个国家或地区的现代化水平。精明的上海人甚至把刚刚落户上海的中国最快的超级计算机——10万亿次的曙光4000A当作招商引资的一块闪亮招牌。

    古人说得好，“工欲善其事，必先利其器。”高性能计算机就是这样一把解剖自然，探索真理的“利刃”。其实，在烟台师院物理学院，为了提升教学及科研水平，杨教授一直在想方设法地“利其器”。早在2001年底，他就用32台PC机亲手搭建了一个并行计算集群，节点处理器是奔腾IV 2.0GHz，内存1G，花费了40多万元。另外，又花了近二十万元采购了一台有6个处理器的HP－LH6000服务器，内存1.28 G。几年来，凭借这套集群系统所提供的计算能力，实验室共获得省、厅级科技进步奖20多项，在国内外重要刊物上发表了240多篇高水平的科研论文，其中被SCI、EI收录了近70篇。到了2003年底，初尝甜头的杨院长和他带领的研究生们又遇到了新的困惑：自己搭建的集群确实为学院的教学和科研工作使上了不少劲，可几年来应用软件也升级了不少，硬件性能越来越跟不上应用的发展，而且比较下来，无论是自己搭建还是购买国外品牌产品，性价比都很不理想。重新搭建超级计算机已成为打破学院发展瓶颈的重要措施。

    而此时，已经走过四十年多风雨历程的烟台师范学院也正在筹备由师范类院校向综合类院校转型，提升物理、化学等自然科学专业的教学及科研水平已是迫在眉睫。听了杨院长的报告，兼任该实验室学术委员会主任的烟台师院校长任廷琦教授拍手赞成。物理与化学作为学校的两大重点学科，学校今年的近千万元科研经费有三分之二投向了物理学院和化学学院。而超级计算机也是学校最看好的科研设备之一。高性能计算机的引入，无疑将会对提升学校的综合竞争力大有裨益。

    没有金刚钻，不揽瓷器活

    目前，该实验室有三个主要的研究方向：分子反应动力学，分子、团簇和纳米体系结构以及纳米电子学。其中，分子反应动力学主要是利用多种计算方法求解原子分子碰撞问题，在分子水平上研究化学反应、大气性质和动力学行为、纳米材料的结构、生物大分子结构与性能的机理，为高速飞行器跟踪与控制等提供必要数据。而分子、团簇和纳米体系结构的研究主要是通过从头计算研究小型分子的结构、多体势能函数和光谱常数。采用分子动力模拟、密度泛函等研究团簇结构，在分子水平上研究物质的结构与性能的联系。另外，纳米电子学则主要研究超微粒、薄膜的结构和光电特性，单电子器件和单电子集成电路的基本现象、效应，利用有关效应构造新型器件，以及研究其运行机理。
这三个研究领域均为学科前沿，并已形成自己的特色，各个研究方向既有各自的研究领域，又相互联系，形成一个能从原子分子水平上认识和理解物质的结构与性能的关系、设计和制备具有新型功能的纳米器件和纳米材料的研究体系。

    分子科学研究因为计算量十分巨大，向来是超级计算机的典型应用领域之一。曙光4000A超级计算机则是国家科技部“十五”“863”计划的重大成果，由中科院计算所、曙光公司、上海超级计算中心三方共同研发制造，于2001 年启动预研，2004 年6 月最终研制成功，2004年11月在上海超级计算中心正式开通。凭借对10万亿次研发和应用两重大关的成功跨越，曙光4000A成功进入了全球高性能计算机TOP 500排行榜前十，使中国成为除美国、日本之外第三个能制造和应用10万亿次商品化高性能计算机的国家，也使我国生产、应用、维护高性能计算机的能力达到世界先进水平。曙光4000A实现了国产超级计算机多项核心技术的重大突破和“工业标准机群”的技术增值，在性能价格比和性能功耗比等方面处于国际领先水平，落户上海超算后将承担起中国国家网格南方主节点、上海市基础科研平台以及对外商业高性能计算服务平台等一系列重大任务。

    曙光4000A超级计算机的重大创新之一就在于采用了网格机群的系统结构（MCC），融合了Cluster、MPP及Grid三种体系架构的优点，保留了Cluster的基本部件并改进了固有缺陷，具有MPP的可扩展性和饱和性能，同时满足网格计算机的要求。此次烟台师院采用的超级计算机与落户上海超级计算中心的曙光4000A采用的是同一架构，是那台中国目前最快的超级计算机的“缩版”，最大的区别就在于节点机的数量减少了。国家网格主结点的曙光4000A使用了2560颗64位AMD Opteron处理器，而此次烟台师院购买的曙光4000A使用的64位 Opteron处理器数量减少到了128颗，节点数也由数百个减到了60个以内，从体积上看此次的曙光4000A仅使用了3个服务器机柜，而落户上海的10万亿次曙光4000A机群占地面积达1/4个足球场。

    此次采用的曙光4000A超级计算机，是目前国内相同规模机群中最先进的超级计算机，是山东省各行业单个机群中最先进的计算机，也是目前中国高校中性能最高的基于AMD Opteron处理器的超级计算机。其计算节点是曙光公司精心研制的一款2U四路机架式服务器——天阔R4280A，配置了4 个AMD Opteron844 的64位高性能CPU，4-8G的内存。这些节点机通过Myrinet互连设备连接组成一个高性能计算机。除了计算节点外还配置了1 个R220A 作为IO 节点和存储相连接，设置了1 个R220A 作为登陆节点，1 个R220A 作为管理节点。

    有了曙光4000A这个“金刚钻”，烟台师范学院的“瓷器活”可以干得更漂亮了。

    天算不如人算，人算不如“机”算

    从原始人类的刻木结绳，到传统中国的算盘，再到近代的计算器、现代的计算机和未来世界的智能化超级计算机，人类认识自然，改造自然的能力越来越强。高性能计算机的诞生和发展给我们提供了一个新的计算工具，解决了很多以前我们无法解决的问题。杨传路教授接受采访时动情地说：“如果一个问题100年才能计算完，即使能计算出好的结果，也是没有实际意义的。因为计算量太大，过去分子科学的很多问题不能研究，现在有了超级计算机和并行计算技术，就可以进行更多更深入的研究了。”
为了帮助该实验室的研究人员更好地掌握和使用64位计算技术用于教学和科学研究，曙光公司和烟台师范学院还成立了基于这一超级计算机的“烟台师范学院-曙光高性能计算中心”，共同推广高性能计算机在烟台地区的普及和应用。该中心成立后将为校内外科学计算用户、大型工程模拟仿真客户提供基础科研平台及高性能计算服务，并依靠新兴的网格平台建设数据中心。服务范围将涵盖核物理、量子力学、天体物理、地球物理、生命科学、材料设计（微观结构模拟和设计）、人工智能、有限元分析、计算流体力学、电磁场分析、数据挖掘及事务处理等专业领域，涉及航空、航天、汽车、造船、建筑工程、大型机电设备、化工、电子电气等多个行业。“烟台师范学院-曙光高性能计算中心”的成立，无疑将对烟台师范学院高性能计算水平和地位的提高，乃至中国高校高性能计算应用的发展都有着非常重要的意义。