新華每日電訊記者王明浩、邵香云、毛振華

“天河三號”超級計算機能算多快?

“‘天河一號’運算1小時,相當于13億人同時計算340年以上!‘天河三號’研制成功后,運算能力又比‘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個黑色機柜整齊列隊組成的“天河一號”,指示燈有規律地閃爍,一如往常地高速運行。在他眼前,全球最前沿的百億億次超級計算機的夢想愈發清晰。

不久前,習近平總書記來到天津濱海-中關村協同創新展示中心,仔細觀看了“天河”系列超級計算機等產品展示,劉光明就在現場。“我向總書記匯報,最新研制的‘天河三號’原型機實現了多款關鍵芯片的獨立自主設計。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新事業中!”

作為銀河系列巨型計算機的研發參與者,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,中國創新才一次次鐫刻在了世界速度之巔。

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

今天,超算人決心向新的“中國速度”沖鋒,摘取“超級計算機的下一頂皇冠”。

1983年12月4日,國防科技大學,“銀河-I”億次巨型計算機。陳金華 攝

心中有夢

“銀河”出世,笑向繁星任高歌

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

超級計算機是世界高端信息技術領域的戰略制高點,也是體現科技競爭力和綜合國力的重要標志。時任長沙工學院計算機研究所所長的慈云桂起草報告,請求盡快啟動巨型計算機研制。

“假如人生能實現一個夢,我的這個夢,就是讓中國在世界高性能計算領域擁有一席之地。”慈云桂這樣袒露心跡。

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

國外封鎖技術,專業技術人才奇缺,國產元器件落后……在當時,研制國產巨型機好似一個“夢”。

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

趕寫研制方案,四處調研,趕建大型實驗室……不同以往,這是一項前所未有的挑戰。在一次碰頭會上,慈云桂邊討論邊扳著手指頭數。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。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、技術和工藝的“婁山關”“臘子口”,提前一年完成了研制任務!

1983年10月,我國第一臺億次巨型計算機順利通過國家技術鑒定。中國成為繼美、日之后,第三個能獨立設計和制造巨型機的國家。

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

時任國防科學技術委員會主任張愛萍欣然為巨型機題名“銀河”,并賦詩一首:“億萬星辰匯銀河,世人難知有幾多。神機妙算巧安排,笑向繁星任高歌。”

勇敢筑夢

實干創新,“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的規劃列入“十一五”國家科技重大專項。承接重任的國防科技大學和天津濱海新區欣然牽手,新一代超級計算機就此落戶天津,并被命名為“天河一號”。

走進濱海新區旗下天津開發區的天河科技園,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房,劉光明感慨萬千。

篳路藍縷,以啟山林。劉光明回憶,國防科技大學派出由他帶領的6人先遣小組來到天津,負責超算中心的籌建。當時,超算中心辦公室還是毛坯房、水泥地面。電纜和網線裸露在外,機房里沒來得及裝空調。盛夏時節,大家擼起袖子,一臺接一臺機器安裝、調試。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,先遣小組就完成機房基礎建設。3個月,完成“天河一號”的安裝與調試。

經過系統優化升級,二期系統“天河一號A”運算峰值速度高達每秒鐘4700萬億次,這標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的國家。

2010年11月,全球超級計算機500強“發榜”,“天河一號”以每秒2570萬億次的實測運算速度,成為世界運算最快的超級計算機。國家超級計算天津中心副主任、天河科技園負責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!”

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。

“一個國家、一個團隊,持續30多年做一件事,有什么技術難關攻克不了?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,國防科技大學牽頭研制的“天河三號E級原型機系統”。何書遠 攝

務實圓夢

應用突破,風物長宜放眼量

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。留學時,孟祥飛就對國外超算的進步印象深刻。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展的機會,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,孟祥飛仍然慶幸當初的選擇。“在這個平臺,我看到的是中國超算發展的未來、中國科技創新的未來。”提起“天河一號”問鼎桂冠,他激動地像個孩子,“當初在機房與蚊蟲相伴、與勞累為伍的日子,竟是這般值得!”

“天河一號”問鼎后,有人質疑會不會“中看不中用”。為了讓“天河一號”盡快發揮應用價值,作為應用研發部部長的孟祥飛,每年走訪的城市多達四五十個,路途總里程可以繞地球兩圈,報告交流近百場。

他帶領團隊不辭辛苦,全面開拓了“天河一號”在生產、科研、學術、教育等領域的應用能力和影響力。在產學研結合中,讓“國之重器”成為服務于經濟發展的“國之利器”。

數據是枯燥的,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、國家重點研發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”構建了油氣勘探、工業設計與仿真等十余個專業化平臺,為海洋裝備、汽車、機器人等先進制造領域近200家規模以上企業提供了創新服務,帶來相關經濟效益近百億元。

深圳華大基因研究院名譽院長汪建說,使用“天河一號”,過去一年才能完成的500人基因信息關聯性分析,現在只需3個多小時。超級計算機破解了海量數據帶來的“基因組學”發展瓶頸。

從科研機構,到大學,再到政府部門,到企業,“天河一號”越來越接地氣。它每天運行的計算任務超過1400個,這意味著每天有1000余個科研團隊借助“天河一號”開展科研攻關,而且每年完成的研發創新計算任務超過335萬項,真正做到了“中看又中用”。

奮力追夢

接續創新,瞄準新高再登攀

“創新是‘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新、永攀高峰的科研精神。它的出現,打破了國外在高性能計算核心領域的長期技術封鎖,叫響了“中國創造”的品牌:首次創新性地采用異構體系架構,CPU+GPU的異構協同并行處理技術,引領了世界超算技術新潮流,為解決我國經濟、科技等領域的挑戰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,還沒有一門學科能像超算技術這樣對其他學科發展有如此廣泛的輻射、服務和促進作用。而這,正是國外高度重視超算技術發展的重要原因。

在幾十年的持續攻關中,我國具備了自主芯片、互連通信系統和自主操作系統等核心產品的研制能力和產業化應用能力,并催生了以超級計算為龍頭,高性能微處理器與微電子、網絡與通信、自主基礎軟件和信息安全等優勢方向共同發展的創新體系。

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

2018年7月,我國自主研發的“天河三號”E級原型機完成研制部署,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,“天河三號”是一個劃時代的作品,自主創新的“金字招牌”擦得更亮。

芯片應用備受關注。在“天河三號”E級原型機系統項目實施中,科研團隊自主設計了三款芯片:“邁創”眾核處理器(Matrix-2000+)、高速互連控制器、互連接口控制器；自主設計了四類計算、存儲和服務結點,十余種印制電路板。核心關鍵技術上實現整體自主可控。

真金不怕火煉。原型機誕生后的一個多月里,力學所、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展中心、清華大學、西安交大等30余家單位輪番上陣,開展應用測試。結果表明,僅6個機柜就達到了與“天河一號”120個機柜相當的計算能力!

“這為下一步支撐國家重大科技創新和產業創新,以及構建全方位應用生態體系打下了堅實基礎。”劉光明對“天河三號”的前景信心十足:預計在2021年左右研制成功,屆時,運算能力將比“天河一號”提高200倍以上,實現跨越式提升。

“百億億次超級計算機是全球最前沿挑戰之一。”國防科技大學研究員楊燦群說,在掌握核心技術全面自主可控的同時,更要加大高性能計算生態體系建設,實現芯片、軟件、應用的多點開花。

路漫漫其修遠兮。“中國超算40年創新之路沒有‘休止符’,只有‘加油站’。只要超算人心中有夢,奮斗不止,夢想終將照進現實。”孟祥飛堅定地說。

[責任編輯：楊凡、梁延菊]

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