問(wèn)鼎世界之巔的“中國(guó)速度”
——記國(guó)防科技大學(xué)推動(dòng)我國(guó)高性能計(jì)算歷史跨越
■解放軍報(bào)記者 王握文 通訊員 于冬陽(yáng)
初秋，位于天津?yàn)I海新區(qū)的國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心內(nèi)，天河一號(hào)一如往常地高速運(yùn)行。不同的是，如今它又添了一個(gè)新伙伴——天河三號(hào)原型機(jī)系統(tǒng)。有關(guān)專(zhuān)家介紹，該系統(tǒng)研制成功并通過(guò)驗(yàn)收，標(biāo)志著我國(guó)高性能計(jì)算已開(kāi)始向百億億次級(jí)的“E級(jí)”超算邁進(jìn)。
國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院政委夏志和告訴記者，習(xí)主席對(duì)天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研制成功作出重要批示、親臨學(xué)校視察并接見(jiàn)學(xué)?？萍紕?chuàng)新團(tuán)隊(duì)代表，為科研人員堅(jiān)持以我為主、勇于自主創(chuàng)新注入強(qiáng)大精神動(dòng)力。眼下，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)正全力投入天河三號(hào)的研制攻關(guān)中，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”。
從實(shí)現(xiàn)我國(guó)巨型機(jī)“零”的突破，到“天河”超級(jí)計(jì)算機(jī)7次位居世界超算榜首，伴隨著改革開(kāi)放的時(shí)代大潮，該校科研人員一次次創(chuàng)造震驚世界的科技奇跡，實(shí)現(xiàn)了高性能計(jì)算從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的歷史跨越。
“銀河”閃耀神州
“中國(guó)要搞四個(gè)現(xiàn)代化，不能沒(méi)有巨型機(jī)！”1978年，在中央召開(kāi)的一次重要會(huì)議上，鄧小平同志的這句話(huà)擲地有聲。隨即，他代表黨中央、國(guó)務(wù)院將這一任務(wù)交給國(guó)防科技大學(xué)。
時(shí)任該校計(jì)算機(jī)研究所所長(zhǎng)的慈云桂教授聽(tīng)到這個(gè)消息，當(dāng)即向上級(jí)立下軍令狀：每秒一億次一次不少，6年時(shí)間一天不拖，預(yù)算經(jīng)費(fèi)一分不超?！熬退闶腔沓鲞@條老命，也要把中國(guó)的巨型機(jī)搞出來(lái)！”
改革開(kāi)放之初，我國(guó)技術(shù)力量落后。該校雖是國(guó)內(nèi)最早研制計(jì)算機(jī)的單位，但此前研制的“151”計(jì)算機(jī)，運(yùn)算速度只有每秒100萬(wàn)次，如今要研制每秒運(yùn)算一億次的機(jī)器，技術(shù)跨度很大，重重困難。
“困難沒(méi)有嚇倒我們！”年近九旬的胡守仁教授回憶說(shuō)，大家只有一個(gè)信念，無(wú)論如何也要造出中國(guó)自己的巨型機(jī)，不讓外國(guó)人再卡我們的脖子，所以大家把它叫“爭(zhēng)氣機(jī)”。
慈云桂帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)國(guó)際前沿，揚(yáng)長(zhǎng)避短，集智攻關(guān)，堅(jiān)持走自己的路。他們創(chuàng)造性地為巨型機(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)“雙向量陣列”體系結(jié)構(gòu)，闖過(guò)了一個(gè)個(gè)理論、技術(shù)和工藝難關(guān)，攻克了數(shù)以百計(jì)的技術(shù)難題。
“那真是一段激情燃燒的歲月?！眳⒓友兄频暮榔窖芯繂T說(shuō)，為早日完成研制任務(wù)，大家把實(shí)驗(yàn)室當(dāng)戰(zhàn)場(chǎng)，吃在工廠，睡在機(jī)房，夜以繼日攻關(guān)，僅用5年時(shí)間提前完成了研制任務(wù)。
1983年11月26日，我國(guó)第一臺(tái)億次巨型計(jì)算機(jī)通過(guò)國(guó)家技術(shù)鑒定，它向全世界宣告：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。
時(shí)任國(guó)家科工委主任張愛(ài)萍為巨型機(jī)揮筆命名為“銀河”，并題詩(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?！?/p>
消息傳到北京，時(shí)任軍委主席鄧小平非常高興，親自簽發(fā)命令，為研制人員記集體一等功，稱(chēng)贊他們是“國(guó)防科研戰(zhàn)線上一支勇于進(jìn)取、能打硬仗的先進(jìn)集體”，勉勵(lì)他們“再接再厲，大膽創(chuàng)新，為我國(guó)國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)做出更大貢獻(xiàn)”。
“銀河”閃閃耀神州。1984年10月1日，在中國(guó)人民共和國(guó)成立35周年閱兵儀式上，我國(guó)首臺(tái)“銀河”巨型機(jī)模型受閱通過(guò)天安門(mén)廣場(chǎng)。
“天河”領(lǐng)先世界
“一條大河波浪寬，風(fēng)吹稻花香兩岸?！彪娪啊渡细蕩X》的主題歌，成為傳唱半個(gè)多世紀(jì)的經(jīng)典。半個(gè)多世紀(jì)后的今天，另一條“大河”，以震驚世界的“中國(guó)速度”，成為推進(jìn)超級(jí)計(jì)算機(jī)研制與應(yīng)用的軍民融合“樣本”。這就是先后7次登上世界超算之巔的“天河”系列超級(jí)計(jì)算機(jī)。
當(dāng)今世界，高性能計(jì)算已成為理論和試驗(yàn)之外的第三種科學(xué)研究手段。進(jìn)入新世紀(jì)，我國(guó)改革開(kāi)放步伐加快，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)高性能計(jì)算提出了更高要求。然而，直至本世紀(jì)初，我國(guó)仍與國(guó)際先進(jìn)水平相差一個(gè)量級(jí)。2007年，世界首臺(tái)千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)在美國(guó)問(wèn)世，峰值計(jì)算速度達(dá)到每秒1456萬(wàn)億次。
面對(duì)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，該校高性能計(jì)算創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)國(guó)際前沿，超前謀劃部署，吹響向千萬(wàn)億次級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)軍的沖鋒號(hào)，向著計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的“珠峰”攀登。
發(fā)展千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，被列入《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》，獲得國(guó)家“863”計(jì)劃重點(diǎn)課題支持，研制工作正式融入國(guó)家創(chuàng)新體系。2007年，該校與天津?yàn)I海新區(qū)簽訂合作協(xié)議，聯(lián)合開(kāi)展千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)研制，共同建設(shè)國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心。
融入國(guó)家創(chuàng)新體系，走軍民融合自主創(chuàng)新道路，使我國(guó)千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)研制邁入快車(chē)道。天津與“銀河”的聯(lián)姻，也使我國(guó)千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)有了一個(gè)嶄新的名字——天河。
2009年10月，在中華人民共和國(guó)成立60周年之際，我國(guó)首臺(tái)千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)——天河一號(hào)研制成功，我國(guó)成為世界上第二個(gè)能研制超級(jí)計(jì)算機(jī)的國(guó)家。一年后，天河一號(hào)以?xún)?yōu)異的運(yùn)算速度在全球超算計(jì)算500強(qiáng)排名中位居世界第一，第一次將五星紅旗插上世界超算之巔。
然而，僅僅過(guò)了不到8個(gè)月，天河一號(hào)就被擠下冠軍臺(tái)，兩年之后排名滑落至第8名。面對(duì)超算領(lǐng)域的激烈競(jìng)爭(zhēng)，如何創(chuàng)造新的“中國(guó)速度”？該校將軍民融合自主創(chuàng)新的目光，投向廣東珠三角地區(qū)。他們與廣州市簽署合作協(xié)議，在更高起點(diǎn)上前瞻謀劃我國(guó)新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)研制與應(yīng)用工作。
2013年6月17日，中國(guó)超算“王者歸來(lái)”，天河二號(hào)以每秒5.49億億次的峰值計(jì)算速度和每秒3.39億億次實(shí)測(cè)計(jì)算速度，再位登上全球超算500強(qiáng)榜首。此后，天河二號(hào)連續(xù)6次位居世界超算榜首。
“超算”加速引擎
在天津?yàn)I海新區(qū)服務(wù)外包產(chǎn)業(yè)園，一棟橘紅色大樓外墻上，“天河”兩個(gè)大字格外醒目。這棟建筑面積達(dá)6500平方米的大樓，是國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心。走進(jìn)一樓近千平方米的主機(jī)房?jī)?nèi)，由140個(gè)機(jī)柜組成的天河一號(hào)，排列成13行，猶如列隊(duì)受閱的方隊(duì)。
中心主任劉光明告訴記者：“天河一號(hào)每天運(yùn)行的計(jì)算任務(wù)多達(dá)1400多個(gè)，用戶(hù)近1000家，每天有1000多個(gè)科研團(tuán)隊(duì)借助它開(kāi)展高性能計(jì)算和海量數(shù)據(jù)處理等研究工作，已累計(jì)支持國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)、973、863、國(guó)家自然科學(xué)基金等重大項(xiàng)目1200多項(xiàng)，取得了一批具有國(guó)際先進(jìn)水平的科研成果，研發(fā)了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的應(yīng)用軟件?！?/p>
超級(jí)計(jì)算機(jī)被譽(yù)為人類(lèi)探索自然奧秘的“天文望遠(yuǎn)鏡”?？茖W(xué)家可以借助它更好地理解自然世界、發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律，從而推動(dòng)科技進(jìn)步。如今，以“天河”為業(yè)務(wù)主機(jī)已建成天津、廣州、長(zhǎng)沙三大超算中心，構(gòu)建起材料科學(xué)與工程計(jì)算、生物計(jì)算與個(gè)性化醫(yī)療、裝備全數(shù)字設(shè)計(jì)與制造、能源及相關(guān)技術(shù)數(shù)字化設(shè)計(jì)、天文地球科學(xué)與環(huán)境工程、智慧城市大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等6個(gè)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)，為國(guó)內(nèi)外近3000家用戶(hù)提供高性能計(jì)算和云計(jì)算服務(wù)，支撐2000多項(xiàng)重點(diǎn)課題研究。
2011年初，中石油首次將面積達(dá)1060平方公里石油勘探地震數(shù)據(jù)放在天河一號(hào)上進(jìn)行計(jì)算，僅用16個(gè)小時(shí)就完成計(jì)算處理任務(wù)，運(yùn)算效率提高30多倍。中國(guó)商飛北京民用飛機(jī)技術(shù)研究中心，利用天河二號(hào)進(jìn)行大型客機(jī)全參數(shù)氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算，僅用6天時(shí)間就完成過(guò)去需要兩年才能完成的計(jì)算量。
中國(guó)工程院院士、該校計(jì)算機(jī)學(xué)院院長(zhǎng)廖湘科說(shuō)，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，“天河”系列超級(jí)計(jì)算機(jī)日益顯示出作為國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施的強(qiáng)大支撐作用，成為國(guó)家科技創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的強(qiáng)勁引擎。
40年彈指一揮間。我國(guó)高性能計(jì)算技術(shù)從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的跨越，是改革開(kāi)放催生神州巨變的一個(gè)縮影，更是走中國(guó)自主創(chuàng)新道路書(shū)寫(xiě)的嶄新篇章。據(jù)介紹，運(yùn)算速度將達(dá)到百億億次的天河三號(hào)，將實(shí)現(xiàn)所有元器件的國(guó)產(chǎn)化，預(yù)計(jì)2020年研制成功并投入使用。
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