新华社2019年01月30日报道：
“天河三号”超级计算机能算多快?
“‘天河一号’运算1小时,相当于13亿人同时计算340年以上!‘天河三号’研制成功后,运算能力又比‘天河一号’提高200倍以上!”国家超级计算天津中心主任刘光明充满自信。
在他身后,140个黑色机柜整齐列队组成的“天河一号”,指示灯有规律地闪烁,一如往常地高速运行。在他眼前,全球最前沿的百亿亿次超级计算机的梦想愈发清晰。
不久前,习近平总书记来到天津滨海-中关村协同创新展示中心,仔细观看了“天河”系列超级计算机等产品展示,刘光明就在现场。“我向总书记汇报,最新研制的‘天河三号’原型机实现了多款关键芯片的独立自主设计。总书记的讲话给了我们很大的鼓励,让有梦想的人更有信心和激情投入到创新事业中!”
作为银河系列巨型计算机的研发参与者,刘光明深知,有梦想就要奋斗,成绩都是挥洒汗水拼出来的。正因为这样,中国创新才一次次镌刻在了世界速度之巅。
从“银河”实现“零”的突破,到“天河”连夺世界第一,再到新一代“天河三号”E级原型机研制成功,中国超算人一棒接着一棒,实现了高性能计算从“跟跑”到“领跑”的历史跨越。
今天,超算人决心向新的“中国速度”冲锋,摘取“超级计算机的下一顶皇冠”。
心中有梦
“银河”出世,笑向繁星任高歌
20世纪70年代初,国外的巨型计算机研制快马加鞭。中国科研人员敏锐察觉到这一动向。
超级计算机是世界高端信息技术领域的战略制高点,也是体现科技竞争力和综合国力的重要标志。时任长沙工学院计算机研究所所长的慈云桂起草报告,请求尽快启动巨型计算机研制。
“假如人生能实现一个梦,我的这个梦,就是让中国在世界高性能计算领域拥有一席之地。”慈云桂这样袒露心迹。
1978年,一个“科学的春天”。邓小平同志明确指出,“中国要搞四个现代化,不能没有巨型机!”改革开放的春风吹过,研制“银河-I”巨型计算机的任务交给了国防科技大学。
国外封锁技术,专业技术人才奇缺,国产元器件落后……在当时,研制国产巨型机好似一个“梦”。
“每秒一亿次,一次不少；六年时间,一天不拖；研制经费,一分不超!”国防科技大学计算机系主任慈云桂主动请缨,立下“军令状”,“豁出命也要把亿次机搞出来!”
赶写研制方案,四处调研,赶建大型实验室……不同以往,这是一项前所未有的挑战。在一次碰头会上,慈云桂边讨论边扳着手指头数。每根手指弯了4遍,整整40个问题。
山再高,往上攀,总能登顶；路再长,走下去,定能到达。在各方大力支持下,慈云桂和科研人员啃硬骨头、破阻路石,闯过一个个理论、技术和工艺的“娄山关”“腊子口”,提前一年完成了研制任务!
1983年10月,我国第一台亿次巨型计算机顺利通过国家技术鉴定。中国成为继美、日之后,第三个能独立设计和制造巨型机的国家。
“银河-I”设计建造之精密,着实令人惊叹。全机底板25000条绕接线,120000个绕接点,他们逐线逐点反复检测了8遍；600多块插件板,每块有4000个焊点,共2500000个焊点,他们创造了无一虚焊的奇迹……
时任国防科学技术委员会主任张爱萍欣然为巨型机题名“银河”,并赋诗一首:“亿万星辰汇银河,世人难知有几多。神机妙算巧安排,笑向繁星任高歌。”
勇敢筑梦
实干创新,“天河”崛起摘桂冠
梦想不停歇,奋斗在路上。
2009年,研制新一代超级计算机的规划列入“十一五”国家科技重大专项。承接重任的国防科技大学和天津滨海新区欣然牵手,新一代超级计算机就此落户天津,并被命名为“天河一号”。
走进滨海新区旗下天津开发区的天河科技园,一栋橘红色的大楼格外醒目,这里便是国家超级计算天津中心。在一楼近千平方米的主机房,刘光明感慨万千。
筚路蓝缕,以启山林。刘光明回忆,国防科技大学派出由他带领的6人先遣小组来到天津,负责超算中心的筹建。当时,超算中心办公室还是毛坯房、水泥地面。电缆和网线裸露在外,机房里没来得及装空调。盛夏时节,大家撸起袖子,一台接一台机器安装、调试。困了就地铺上凉席,和衣睡下,第二天一早爬起来接着安装。
仅用时7个月,先遣小组就完成机房基础建设。3个月,完成“天河一号”的安装与调试。
经过系统优化升级,二期系统“天河一号A”运算峰值速度高达每秒钟4700万亿次,这标志着我国成为继美国之后,世界上第二个能自主研制千万亿次超级计算机的国家。
2010年11月,全球超级计算机500强“发榜”,“天河一号”以每秒2570万亿次的实测运算速度,成为世界运算最快的超级计算机。国家超级计算天津中心副主任、天河科技园负责人阎伟每每回忆仍激动万分,“这么多年的辛苦努力没有白费!”
那一年,“榜单”正式公布和颁奖仪式是在美国新奥尔良举行的。不少国外媒体对中国超算问鼎世界桂冠感到惊讶。要知道,这一席位过去几乎都被美国所占据。
“一个国家、一个团队,持续30多年做一件事,有什么技术难关攻克不了?我等这一时刻都等了20多年!”刘光明的一番话给出了答案,实干创新是中国超算攀登世界巅峰最大秘诀。
务实圆梦
应用突破,风物长宜放眼量
40年弹指一挥间,“银河”与“天河”双星璀璨,背后,则是几代超算人孜孜以求的守望与付出。
1979年出生的孟祥飞,正逢不惑之年。今年是他在国家超级计算天津中心工作的第十个年头。留学时,孟祥飞就对国外超算的进步印象深刻。他暗下决心,“有一天,一定要用上咱们国家自己的超算。”
为了这个梦,孟祥飞毅然放弃国外发展的机会,加入“天河一号”筹备组。初到之时,条件之简陋令他说啥也没想到:“中心连间办公室都没有,筹备工作实际上是在宿舍开始的。半年没有工资,没有任何待遇。”
然而时至今日,孟祥飞仍然庆幸当初的选择。“在这个平台,我看到的是中国超算发展的未来、中国科技创新的未来。”提起“天河一号”问鼎桂冠,他激动地像个孩子,“当初在机房与蚊虫相伴、与劳累为伍的日子,竟是这般值得!”
“天河一号”问鼎后,有人质疑会不会“中看不中用”。为了让“天河一号”尽快发挥应用价值,作为应用研发部部长的孟祥飞,每年走访的城市多达四五十个,路途总里程可以绕地球两圈,报告交流近百场。
他带领团队不辞辛苦,全面开拓了“天河一号”在生产、科研、学术、教育等领域的应用能力和影响力。在产学研结合中,让“国之重器”成为服务于经济发展的“国之利器”。
数据是枯燥的,但最具有说服力。截至目前,“天河一号”已累计支持国家科技重大专项、国家重点研发计划等重大项目超过1600项,取得国际一流成果和国家级、省部级奖励成果等2000余项。孟祥飞自豪地说,依托“天河一号”构建了油气勘探、工业设计与仿真等十余个专业化平台,为海洋装备、汽车、机器人等先进制造领域近200家规模以上企业提供了创新服务,带来相关经济效益近百亿元。
深圳华大基因研究院名誉院长汪建说,使用“天河一号”,过去一年才能完成的500人基因信息关联性分析,现在只需3个多小时。超级计算机破解了海量数据带来的“基因组学”发展瓶颈。
从科研机构,到大学,再到政府部门,到企业,“天河一号”越来越接地气。它每天运行的计算任务超过1400个,这意味着每天有1000余个科研团队借助“天河一号”开展科研攻关,而且每年完成的研发创新计算任务超过335万项,真正做到了“中看又中用”。
奋力追梦
接续创新,瞄准新高再登攀
“创新是‘银河’及‘天河’深入骨髓的‘根与魂’。”孟祥飞一语中的。
“天河一号”问鼎背后,是中国超算人不断创新、永攀高峰的科研精神。它的出现,打破了国外在高性能计算核心领域的长期技术封锁,叫响了“中国创造”的品牌:首次创新性地采用异构体系架构,CPU+GPU的异构协同并行处理技术,引领了世界超算技术新潮流,为解决我国经济、科技等领域的挑战性问题提供了重要手段。
“超算研制是一项‘牵牛鼻子’的科研工作。”刘光明说,到目前为止,还没有一门学科能像超算技术这样对其他学科发展有如此广泛的辐射、服务和促进作用。而这,正是国外高度重视超算技术发展的重要原因。
在几十年的持续攻关中,我国具备了自主芯片、互连通信系统和自主操作系统等核心产品的研制能力和产业化应用能力,并催生了以超级计算为龙头,高性能微处理器与微电子、网络与通信、自主基础软件和信息安全等优势方向共同发展的创新体系。
百舸争流,不进则退。新一代百亿亿次超级计算机,成为中国超算寻求突破的新目标。
2018年7月,我国自主研发的“天河三号”E级原型机完成研制部署,并顺利通过验收,向着新一代百亿亿次超算吹响了冲锋的号角。
孟祥飞说,相比上一代超级计算机,“天河三号”是一个划时代的作品,自主创新的“金字招牌”擦得更亮。
芯片应用备受关注。在“天河三号”E级原型机系统项目实施中,科研团队自主设计了三款芯片:“迈创”众核处理器(Matrix-2000+)、高速互连控制器、互连接口控制器；自主设计了四类计算、存储和服务结点,十余种印制电路板。核心关键技术上实现整体自主可控。
真金不怕火炼。原型机诞生后的一个多月里,力学所、物理所、大气所、计算所等中科院院所,以及中国空气动力研究与发展中心、清华大学、西安交大等30余家单位轮番上阵,开展应用测试。结果表明,仅6个机柜就达到了与“天河一号”120个机柜相当的计算能力!
“这为下一步支撑国家重大科技创新和产业创新,以及构建全方位应用生态体系打下了坚实基础。”刘光明对“天河三号”的前景信心十足:预计在2021年左右研制成功,届时,运算能力将比“天河一号”提高200倍以上,实现跨越式提升。
“百亿亿次超级计算机是全球最前沿挑战之一。”国防科技大学研究员杨灿群说,在掌握核心技术全面自主可控的同时,更要加大高性能计算生态体系建设,实现芯片、软件、应用的多点开花。
路漫漫其修远兮。“中国超算40年创新之路没有‘休止符’,只有‘加油站’。只要超算人心中有梦,奋斗不止,梦想终将照进现实。”孟祥飞坚定地说。（记者王明浩、邵香云、毛振华）