新華每日電訊記者王明浩、邵香云、毛振華

“天河三號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)能算多快?

“‘天河一號(hào)’運(yùn)算1小時(shí),相當(dāng)于13億人同時(shí)計(jì)算340年以上!‘天河三號(hào)’研制成功后,運(yùn)算能力又比‘天河一號(hào)’提高200倍以上!”國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心主任劉光明充滿(mǎn)自信。

在他身后,140個(gè)黑色機(jī)柜整齊列隊(duì)組成的“天河一號(hào)”,指示燈有規(guī)律地閃爍,一如往常地高速運(yùn)行。在他眼前,全球最前沿的百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)的夢(mèng)想愈發(fā)清晰。

不久前,習(xí)近平總書(shū)記來(lái)到天津?yàn)I海-中關(guān)村協(xié)同創(chuàng)新展示中心,仔細(xì)觀看了“天河”系列超級(jí)計(jì)算機(jī)等產(chǎn)品展示,劉光明就在現(xiàn)場(chǎng)。“我向總書(shū)記匯報(bào),最新研制的‘天河三號(hào)’原型機(jī)實(shí)現(xiàn)了多款關(guān)鍵芯片的獨(dú)立自主設(shè)計(jì)。總書(shū)記的講話(huà)給了我們很大的鼓勵(lì),讓有夢(mèng)想的人更有信心和激情投入到創(chuàng)新事業(yè)中!”

作為銀河系列巨型計(jì)算機(jī)的研發(fā)參與者,劉光明深知,有夢(mèng)想就要奮斗,成績(jī)都是揮灑汗水拼出來(lái)的。正因?yàn)檫@樣,中國(guó)創(chuàng)新才一次次鐫刻在了世界速度之巔。

從“銀河”實(shí)現(xiàn)“零”的突破,到“天河”連奪世界第一,再到新一代“天河三號(hào)”E級(jí)原型機(jī)研制成功,中國(guó)超算人一棒接著一棒,實(shí)現(xiàn)了高性能計(jì)算從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的歷史跨越。

今天,超算人決心向新的“中國(guó)速度”沖鋒,摘取“超級(jí)計(jì)算機(jī)的下一頂皇冠”。

1983年12月4日,國(guó)防科技大學(xué),“銀河-I”億次巨型計(jì)算機(jī)。陳金華 攝

心中有夢(mèng)

“銀河”出世,笑向繁星任高歌

20世紀(jì)70年代初,國(guó)外的巨型計(jì)算機(jī)研制快馬加鞭。中國(guó)科研人員敏銳察覺(jué)到這一動(dòng)向。

超級(jí)計(jì)算機(jī)是世界高端信息技術(shù)領(lǐng)域的戰(zhàn)略制高點(diǎn),也是體現(xiàn)科技競(jìng)爭(zhēng)力和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。時(shí)任長(zhǎng)沙工學(xué)院計(jì)算機(jī)研究所所長(zhǎng)的慈云桂起草報(bào)告,請(qǐng)求盡快啟動(dòng)巨型計(jì)算機(jī)研制。

“假如人生能實(shí)現(xiàn)一個(gè)夢(mèng),我的這個(gè)夢(mèng),就是讓中國(guó)在世界高性能計(jì)算領(lǐng)域擁有一席之地。”慈云桂這樣袒露心跡。

1978年,一個(gè)“科學(xué)的春天”。鄧小平同志明確指出,“中國(guó)要搞四個(gè)現(xiàn)代化,不能沒(méi)有巨型機(jī)!”改革開(kāi)放的春風(fēng)吹過(guò),研制“銀河-I”巨型計(jì)算機(jī)的任務(wù)交給了國(guó)防科技大學(xué)。

國(guó)外封鎖技術(shù),專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才奇缺,國(guó)產(chǎn)元器件落后……在當(dāng)時(shí),研制國(guó)產(chǎn)巨型機(jī)好似一個(gè)“夢(mèng)”。

“每秒一億次,一次不少；六年時(shí)間,一天不拖；研制經(jīng)費(fèi),一分不超!”國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)系主任慈云桂主動(dòng)請(qǐng)纓,立下“軍令狀”,“豁出命也要把億次機(jī)搞出來(lái)!”

趕寫(xiě)研制方案,四處調(diào)研,趕建大型實(shí)驗(yàn)室……不同以往,這是一項(xiàng)前所未有的挑戰(zhàn)。在一次碰頭會(huì)上,慈云桂邊討論邊扳著手指頭數(shù)。每根手指彎了4遍,整整40個(gè)問(wèn)題。

山再高,往上攀,總能登頂；路再長(zhǎng),走下去,定能到達(dá)。在各方大力支持下,慈云桂和科研人員啃硬骨頭、破阻路石,闖過(guò)一個(gè)個(gè)理論、技術(shù)和工藝的“婁山關(guān)”“臘子口”,提前一年完成了研制任務(wù)!

1983年10月,我國(guó)第一臺(tái)億次巨型計(jì)算機(jī)順利通過(guò)國(guó)家技術(shù)鑒定。中國(guó)成為繼美、日之后,第三個(gè)能獨(dú)立設(shè)計(jì)和制造巨型機(jī)的國(guó)家。

“銀河-I”設(shè)計(jì)建造之精密,著實(shí)令人驚嘆。全機(jī)底板25000條繞接線(xiàn),120000個(gè)繞接點(diǎn),他們逐線(xiàn)逐點(diǎn)反復(fù)檢測(cè)了8遍；600多塊插件板,每塊有4000個(gè)焊點(diǎn),共2500000個(gè)焊點(diǎn),他們創(chuàng)造了無(wú)一虛焊的奇跡……

時(shí)任國(guó)防科學(xué)技術(shù)委員會(huì)主任張愛(ài)萍欣然為巨型機(jī)題名“銀河”,并賦詩(shī)一首:“億萬(wàn)星辰匯銀河,世人難知有幾多。神機(jī)妙算巧安排,笑向繁星任高歌。”

勇敢筑夢(mèng)

實(shí)干創(chuàng)新,“天河”崛起摘桂冠

夢(mèng)想不停歇,奮斗在路上。

2009年,研制新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)的規(guī)劃列入“十一五”國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)。承接重任的國(guó)防科技大學(xué)和天津?yàn)I海新區(qū)欣然牽手,新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)就此落戶(hù)天津,并被命名為“天河一號(hào)”。

走進(jìn)濱海新區(qū)旗下天津開(kāi)發(fā)區(qū)的天河科技園,一棟橘紅色的大樓格外醒目,這里便是國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心。在一樓近千平方米的主機(jī)房,劉光明感慨萬(wàn)千。

篳路藍(lán)縷,以啟山林。劉光明回憶,國(guó)防科技大學(xué)派出由他帶領(lǐng)的6人先遣小組來(lái)到天津,負(fù)責(zé)超算中心的籌建。當(dāng)時(shí),超算中心辦公室還是毛坯房、水泥地面。電纜和網(wǎng)線(xiàn)裸露在外,機(jī)房里沒(méi)來(lái)得及裝空調(diào)。盛夏時(shí)節(jié),大家擼起袖子,一臺(tái)接一臺(tái)機(jī)器安裝、調(diào)試。困了就地鋪上涼席,和衣睡下,第二天一早爬起來(lái)接著安裝。

僅用時(shí)7個(gè)月,先遣小組就完成機(jī)房基礎(chǔ)建設(shè)。3個(gè)月,完成“天河一號(hào)”的安裝與調(diào)試。

經(jīng)過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化升級(jí),二期系統(tǒng)“天河一號(hào)A”運(yùn)算峰值速度高達(dá)每秒鐘4700萬(wàn)億次,這標(biāo)志著我國(guó)成為繼美國(guó)之后,世界上第二個(gè)能自主研制千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)的國(guó)家。

2010年11月,全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)“發(fā)榜”,“天河一號(hào)”以每秒2570萬(wàn)億次的實(shí)測(cè)運(yùn)算速度,成為世界運(yùn)算最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)。國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心副主任、天河科技園負(fù)責(zé)人閻偉每每回憶仍激動(dòng)萬(wàn)分,“這么多年的辛苦努力沒(méi)有白費(fèi)!”

那一年,“榜單”正式公布和頒獎(jiǎng)儀式是在美國(guó)新奧爾良舉行的。不少?lài)?guó)外媒體對(duì)中國(guó)超算問(wèn)鼎世界桂冠感到驚訝。要知道,這一席位過(guò)去幾乎都被美國(guó)所占據(jù)。

“一個(gè)國(guó)家、一個(gè)團(tuán)隊(duì),持續(xù)30多年做一件事,有什么技術(shù)難關(guān)攻克不了?我等這一時(shí)刻都等了20多年!”劉光明的一番話(huà)給出了答案,實(shí)干創(chuàng)新是中國(guó)超算攀登世界巔峰最大秘訣。

2018年6月27日,國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心,國(guó)防科技大學(xué)牽頭研制的“天河三號(hào)E級(jí)原型機(jī)系統(tǒng)”。何書(shū)遠(yuǎn) 攝

務(wù)實(shí)圓夢(mèng)

應(yīng)用突破,風(fēng)物長(zhǎng)宜放眼量

40年彈指一揮間,“銀河”與“天河”雙星璀璨,背后,則是幾代超算人孜孜以求的守望與付出。

1979年出生的孟祥飛,正逢不惑之年。今年是他在國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心工作的第十個(gè)年頭。留學(xué)時(shí),孟祥飛就對(duì)國(guó)外超算的進(jìn)步印象深刻。他暗下決心,“有一天,一定要用上咱們國(guó)家自己的超算。”

為了這個(gè)夢(mèng),孟祥飛毅然放棄國(guó)外發(fā)展的機(jī)會(huì),加入“天河一號(hào)”籌備組。初到之時(shí),條件之簡(jiǎn)陋令他說(shuō)啥也沒(méi)想到:“中心連間辦公室都沒(méi)有,籌備工作實(shí)際上是在宿舍開(kāi)始的。半年沒(méi)有工資,沒(méi)有任何待遇。”

然而時(shí)至今日,孟祥飛仍然慶幸當(dāng)初的選擇。“在這個(gè)平臺(tái),我看到的是中國(guó)超算發(fā)展的未來(lái)、中國(guó)科技創(chuàng)新的未來(lái)。”提起“天河一號(hào)”問(wèn)鼎桂冠,他激動(dòng)地像個(gè)孩子,“當(dāng)初在機(jī)房與蚊蟲(chóng)相伴、與勞累為伍的日子,竟是這般值得!”

“天河一號(hào)”問(wèn)鼎后,有人質(zhì)疑會(huì)不會(huì)“中看不中用”。為了讓“天河一號(hào)”盡快發(fā)揮應(yīng)用價(jià)值,作為應(yīng)用研發(fā)部部長(zhǎng)的孟祥飛,每年走訪(fǎng)的城市多達(dá)四五十個(gè),路途總里程可以繞地球兩圈,報(bào)告交流近百場(chǎng)。

他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)不辭辛苦,全面開(kāi)拓了“天河一號(hào)”在生產(chǎn)、科研、學(xué)術(shù)、教育等領(lǐng)域的應(yīng)用能力和影響力。在產(chǎn)學(xué)研結(jié)合中,讓“國(guó)之重器”成為服務(wù)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“國(guó)之利器”。

數(shù)據(jù)是枯燥的,但最具有說(shuō)服力。截至目前,“天河一號(hào)”已累計(jì)支持國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等重大項(xiàng)目超過(guò)1600項(xiàng),取得國(guó)際一流成果和國(guó)家級(jí)、省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)成果等2000余項(xiàng)。孟祥飛自豪地說(shuō),依托“天河一號(hào)”構(gòu)建了油氣勘探、工業(yè)設(shè)計(jì)與仿真等十余個(gè)專(zhuān)業(yè)化平臺(tái),為海洋裝備、汽車(chē)、機(jī)器人等先進(jìn)制造領(lǐng)域近200家規(guī)模以上企業(yè)提供了創(chuàng)新服務(wù),帶來(lái)相關(guān)經(jīng)濟(jì)效益近百億元。

深圳華大基因研究院名譽(yù)院長(zhǎng)汪建說(shuō),使用“天河一號(hào)”,過(guò)去一年才能完成的500人基因信息關(guān)聯(lián)性分析,現(xiàn)在只需3個(gè)多小時(shí)。超級(jí)計(jì)算機(jī)破解了海量數(shù)據(jù)帶來(lái)的“基因組學(xué)”發(fā)展瓶頸。

從科研機(jī)構(gòu),到大學(xué),再到政府部門(mén),到企業(yè),“天河一號(hào)”越來(lái)越接地氣。它每天運(yùn)行的計(jì)算任務(wù)超過(guò)1400個(gè),這意味著每天有1000余個(gè)科研團(tuán)隊(duì)借助“天河一號(hào)”開(kāi)展科研攻關(guān),而且每年完成的研發(fā)創(chuàng)新計(jì)算任務(wù)超過(guò)335萬(wàn)項(xiàng),真正做到了“中看又中用”。

奮力追夢(mèng)

接續(xù)創(chuàng)新,瞄準(zhǔn)新高再登攀

“創(chuàng)新是‘銀河’及‘天河’深入骨髓的‘根與魂’。”孟祥飛一語(yǔ)中的。

“天河一號(hào)”問(wèn)鼎背后,是中國(guó)超算人不斷創(chuàng)新、永攀高峰的科研精神。它的出現(xiàn),打破了國(guó)外在高性能計(jì)算核心領(lǐng)域的長(zhǎng)期技術(shù)封鎖,叫響了“中國(guó)創(chuàng)造”的品牌:首次創(chuàng)新性地采用異構(gòu)體系架構(gòu),CPU+GPU的異構(gòu)協(xié)同并行處理技術(shù),引領(lǐng)了世界超算技術(shù)新潮流,為解決我國(guó)經(jīng)濟(jì)、科技等領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性問(wèn)題提供了重要手段。

“超算研制是一項(xiàng)‘牽牛鼻子’的科研工作。”劉光明說(shuō),到目前為止,還沒(méi)有一門(mén)學(xué)科能像超算技術(shù)這樣對(duì)其他學(xué)科發(fā)展有如此廣泛的輻射、服務(wù)和促進(jìn)作用。而這,正是國(guó)外高度重視超算技術(shù)發(fā)展的重要原因。

在幾十年的持續(xù)攻關(guān)中,我國(guó)具備了自主芯片、互連通信系統(tǒng)和自主操作系統(tǒng)等核心產(chǎn)品的研制能力和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用能力,并催生了以超級(jí)計(jì)算為龍頭,高性能微處理器與微電子、網(wǎng)絡(luò)與通信、自主基礎(chǔ)軟件和信息安全等優(yōu)勢(shì)方向共同發(fā)展的創(chuàng)新體系。

百舸爭(zhēng)流,不進(jìn)則退。新一代百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī),成為中國(guó)超算尋求突破的新目標(biāo)。

2018年7月,我國(guó)自主研發(fā)的“天河三號(hào)”E級(jí)原型機(jī)完成研制部署,并順利通過(guò)驗(yàn)收,向著新一代百億億次超算吹響了沖鋒的號(hào)角。

孟祥飛說(shuō),相比上一代超級(jí)計(jì)算機(jī),“天河三號(hào)”是一個(gè)劃時(shí)代的作品,自主創(chuàng)新的“金字招牌”擦得更亮。

芯片應(yīng)用備受關(guān)注。在“天河三號(hào)”E級(jí)原型機(jī)系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施中,科研團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)了三款芯片:“邁創(chuàng)”眾核處理器(Matrix-2000+)、高速互連控制器、互連接口控制器；自主設(shè)計(jì)了四類(lèi)計(jì)算、存儲(chǔ)和服務(wù)結(jié)點(diǎn),十余種印制電路板。核心關(guān)鍵技術(shù)上實(shí)現(xiàn)整體自主可控。

真金不怕火煉。原型機(jī)誕生后的一個(gè)多月里,力學(xué)所、物理所、大氣所、計(jì)算所等中科院院所,以及中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心、清華大學(xué)、西安交大等30余家單位輪番上陣,開(kāi)展應(yīng)用測(cè)試。結(jié)果表明,僅6個(gè)機(jī)柜就達(dá)到了與“天河一號(hào)”120個(gè)機(jī)柜相當(dāng)?shù)挠?jì)算能力!

“這為下一步支撐國(guó)家重大科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新,以及構(gòu)建全方位應(yīng)用生態(tài)體系打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。”劉光明對(duì)“天河三號(hào)”的前景信心十足:預(yù)計(jì)在2021年左右研制成功,屆時(shí),運(yùn)算能力將比“天河一號(hào)”提高200倍以上,實(shí)現(xiàn)跨越式提升。

“百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)是全球最前沿挑戰(zhàn)之一。”國(guó)防科技大學(xué)研究員楊燦群說(shuō),在掌握核心技術(shù)全面自主可控的同時(shí),更要加大高性能計(jì)算生態(tài)體系建設(shè),實(shí)現(xiàn)芯片、軟件、應(yīng)用的多點(diǎn)開(kāi)花。

路漫漫其修遠(yuǎn)兮。“中國(guó)超算40年創(chuàng)新之路沒(méi)有‘休止符’,只有‘加油站’。只要超算人心中有夢(mèng),奮斗不止,夢(mèng)想終將照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。”孟祥飛堅(jiān)定地說(shuō)。

[責(zé)任編輯：楊凡、梁延菊]

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