新華每日電訊記者王明浩、邵香云、毛振華

“天河三號”超級計算機(jī)能算多快?

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

在他身后,140個黑色機(jī)柜整齊列隊組成的“天河一號”,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計算機(jī)的夢想愈發(fā)清晰。

不久前,習(xí)近平總書記來到天津濱海-中關(guān)村協(xié)同創(chuàng)新展示中心,仔細(xì)觀看了“天河”系列超級計算機(jī)等產(chǎn)品展示,劉光明就在現(xiàn)場。“我向總書記匯報,最新研制的‘天河三號’原型機(jī)實現(xiàn)了多款關(guān)鍵芯片的獨(dú)立自主設(shè)計。總書記的講話給了我們很大的鼓勵,讓有夢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算機(jī)的研發(fā)參與者,劉光明深知,有夢想就要奮斗,成績都是揮灑汗水拼出來的。正因為這樣,中國創(chuàng)新才一次次鐫刻在了世界速度之巔。

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

今天,超算人決心向新的“中國速度”沖鋒,摘取“超級計算機(jī)的下一頂皇冠”。

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

心中有夢

“銀河”出世,笑向繁星任高歌

20世紀(jì)70年代初,國外的巨型計算機(jī)研制快馬加鞭。中國科研人員敏銳察覺到這一動向。

超級計算機(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)科技競爭力和綜合國力的重要標(biāo)志。時任長沙工學(xué)院計算機(jī)研究所所長的慈云桂起草報告,請求盡快啟動巨型計算機(jī)研制。

“假如人生能實現(xiàn)一個夢,我的這個夢,就是讓中國在世界高性能計算領(lǐng)域擁有一席之地。”慈云桂這樣袒露心跡。

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

國外封鎖技術(shù),專業(yè)技術(shù)人才奇缺,國產(chǎn)元器件落后……在當(dāng)時,研制國產(chǎn)巨型機(jī)好似一個“夢”。

“每秒一億次,一次不少；六年時間,一天不拖；研制經(jīng)費(fèi),一分不超!”國防科技大學(xué)計算機(jī)系主任慈云桂主動請纓,立下“軍令狀”,“豁出命也要把億次機(jī)搞出來!”

趕寫研制方案,四處調(diào)研,趕建大型實驗室……不同以往,這是一項前所未有的挑戰(zhàn)。在一次碰頭會上,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個問題。

山再高,往上攀,總能登頂；路再長,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,闖過一個個理論、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,我國第一臺億次巨型計算機(jī)順利通過國家技術(shù)鑒定。中國成為繼美、日之后,第三個能獨(dú)立設(shè)計和制造巨型機(jī)的國家。

“銀河-I”設(shè)計建造之精密,著實令人驚嘆。全機(jī)底板25000條繞接線,120000個繞接點(diǎn),他們逐線逐點(diǎn)反復(fù)檢測了8遍；600多塊插件板,每塊有4000個焊點(diǎn),共2500000個焊點(diǎn),他們創(chuàng)造了無一虛焊的奇跡……

時任國防科學(xué)技術(shù)委員會主任張愛萍欣然為巨型機(jī)題名“銀河”,并賦詩一首:“億萬星辰匯銀河,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

實干創(chuàng)新,“天河”崛起摘桂冠

夢想不停歇,奮斗在路上。

2009年,研制新一代超級計算機(jī)的規(guī)劃列入“十一五”國家科技重大專項。承接重任的國防科技大學(xué)和天津濱海新區(qū)欣然牽手,新一代超級計算機(jī)就此落戶天津,并被命名為“天河一號”。

走進(jìn)濱海新區(qū)旗下天津開發(fā)區(qū)的天河科技園,一棟橘紅色的大樓格外醒目,這里便是國家超級計算天津中心。在一樓近千平方米的主機(jī)房,劉光明感慨萬千。

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

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

經(jīng)過系統(tǒng)優(yōu)化升級,二期系統(tǒng)“天河一號A”運(yùn)算峰值速度高達(dá)每秒鐘4700萬億次,這標(biāo)志著我國成為繼美國之后,世界上第二個能自主研制千萬億次超級計算機(jī)的國家。

2010年11月,全球超級計算機(jī)500強(qiáng)“發(fā)榜”,“天河一號”以每秒2570萬億次的實測運(yùn)算速度,成為世界運(yùn)算最快的超級計算機(jī)。國家超級計算天津中心副主任、天河科技園負(fù)責(zé)人閻偉每每回憶仍激動萬分,“這么多年的辛苦努力沒有白費(fèi)!”

那一年,“榜單”正式公布和頒獎儀式是在美國新奧爾良舉行的。不少國外媒體對中國超算問鼎世界桂冠感到驚訝。要知道,這一席位過去幾乎都被美國所占據(jù)。

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

2018年6月27日,國家超級計算天津中心,國防科技大學(xué)牽頭研制的“天河三號E級原型機(jī)系統(tǒng)”。何書遠(yuǎn) 攝

務(wù)實圓夢

應(yīng)用突破,風(fēng)物長宜放眼量

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。今年是他在國家超級計算天津中心工作的第十個年頭。留學(xué)時,孟祥飛就對國外超算的進(jìn)步印象深刻。他暗下決心,“有一天,一定要用上咱們國家自己的超算。”

為了這個夢,孟祥飛毅然放棄國外發(fā)展的機(jī)會,加入“天河一號”籌備組。初到之時,條件之簡陋令他說啥也沒想到:“中心連間辦公室都沒有,籌備工作實際上是在宿舍開始的。半年沒有工資,沒有任何待遇。”

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

“天河一號”問鼎后,有人質(zhì)疑會不會“中看不中用”。為了讓“天河一號”盡快發(fā)揮應(yīng)用價值,作為應(yīng)用研發(fā)部部長的孟祥飛,每年走訪的城市多達(dá)四五十個,路途總里程可以繞地球兩圈,報告交流近百場。

他帶領(lǐng)團(tuán)隊不辭辛苦,全面開拓了“天河一號”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“國之重器”成為服務(wù)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“國之利器”。

數(shù)據(jù)是枯燥的,但最具有說服力。截至目前,“天河一號”已累計支持國家科技重大專項、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃等重大項目超過1600項,取得國際一流成果和國家級、省部級獎勵成果等2000余項。孟祥飛自豪地說,依托“天河一號”構(gòu)建了油氣勘探、工業(yè)設(shè)計與仿真等十余個專業(yè)化平臺,為海洋裝備、汽車、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)院長汪建說,使用“天河一號”,過去一年才能完成的500人基因信息關(guān)聯(lián)性分析,現(xiàn)在只需3個多小時。超級計算機(jī)破解了海量數(shù)據(jù)帶來的“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,到企業(yè),“天河一號”越來越接地氣。它每天運(yùn)行的計算任務(wù)超過1400個,這意味著每天有1000余個科研團(tuán)隊借助“天河一號”開展科研攻關(guān),而且每年完成的研發(fā)創(chuàng)新計算任務(wù)超過335萬項,真正做到了“中看又中用”。

奮力追夢

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’。”孟祥飛一語中的。

“天河一號”問鼎背后,是中國超算人不斷創(chuàng)新、永攀高峰的科研精神。它的出現(xiàn),打破了國外在高性能計算核心領(lǐng)域的長期技術(shù)封鎖,叫響了“中國創(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,為解決我國經(jīng)濟(jì)、科技等領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性問題提供了重要手段。

“超算研制是一項‘牽牛鼻子’的科研工作。”劉光明說,到目前為止,還沒有一門學(xué)科能像超算技術(shù)這樣對其他學(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,并催生了以超級計算為龍頭,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)勢方向共同發(fā)展的創(chuàng)新體系。

百舸爭流,不進(jìn)則退。新一代百億億次超級計算機(jī),成為中國超算尋求突破的新目標(biāo)。

2018年7月,我國自主研發(fā)的“天河三號”E級原型機(jī)完成研制部署,并順利通過驗收,向著新一代百億億次超算吹響了沖鋒的號角。

孟祥飛說,相比上一代超級計算機(jī),“天河三號”是一個劃時代的作品,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”E級原型機(jī)系統(tǒng)項目實施中,科研團(tuán)隊自主設(shè)計了三款芯片:“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)計了四類計算、存儲和服務(wù)結(jié)點(diǎn),十余種印制電路板。核心關(guān)鍵技術(shù)上實現(xiàn)整體自主可控。

真金不怕火煉。原型機(jī)誕生后的一個多月里,力學(xué)所、物理所、大氣所、計算所等中科院院所,以及中國空氣動力研究與發(fā)展中心、清華大學(xué)、西安交大等30余家單位輪番上陣,開展應(yīng)用測試。結(jié)果表明,僅6個機(jī)柜就達(dá)到了與“天河一號”120個機(jī)柜相當(dāng)?shù)挠嬎隳芰?

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

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

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

[責(zé)任編輯：楊凡、梁延菊]

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