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天河二号超级计算机机房,我们是1958年开始研制计算机



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科技创新70年·历程

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1978年,邓小平把研制我国第一台巨型计算机的任务郑重交给国防科技大学。40年来,国防科大的科研人员不辱使命、勇攀高峰,从“银河”实现我国巨型机零的突破,到“天河”在世界超算速度称雄,从“跟跑”到“领跑”书写下中国科技发展的一个又一个辉煌。
:从”银河”到”天河”–中国高性能计算机问鼎之路

资料图:2018年5月17日在天津梅江会展中心展出的“天河三号”原型机。(新华社记者
李然 摄)(拖拽图片可查看大图)

本报记者 过国忠

从“银河”实现我国巨型机“零”的突破,到“天河”超级计算机多次排名世界超算榜首,40多年来,国防科大科研人员充分发扬“银河精神”,在中国科技发展之路上书写了一个又一个辉煌——

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(中国青年报7月8日)“‘天河’新一代百亿亿次(E级)超级计算机将于2021年前后研制完成。”这是7月6日在天津举行的“纪念中国超算四十年暨国家超算天津中心成立十周年”大会上对外公布的消息。

“超级计算机,体现着一个国家在全球信息技术竞争中的强国地位,是支撑综合国力提升的国之重器。40年来,我国超算经历了从无到有、从跟跑到局部领先、从关键核心技术引进到实现自主可控的艰难发展历程。”这是近日江苏无锡举行的国际技术转移大会上,来自国内超算领域专家们的共识。

『银河』『天河』:让五星红旗插上世界超算之巅

见证人:国防科技大学计算机科研团队

在世界上最快超级计算机的争夺战中,E级超级计算机是各国新一代超算角逐的焦点。即将问世的“天河”新一代E级计算机将向世界冠军宝座发起冲击。中国超算已走过四十年,人工智能、大数据时代接踵而来,中国超算发展将何去何从?此次大会吸引了超级计算、人工智能等前沿信息技术领域的著名专家学者,以及政府、资本、科研等多领域的代表共聚一堂,为中国超算发展与高性能计算应用出谋划策。

说起40年来我国超算研制、创新、应用的“超常发展”成果,亲历中国超算事业发展的国家超级计算无锡中心主任杨广文教授告诉记者:“自1978年我国启动首台巨型机‘银河-Ⅰ’研制以来,目前已在天津、深圳、济南、长沙、广州和无锡建成6个国家级超算中心,13次拿下世界第一
。这是举国之力所铸就出的‘国之利器’。”

天河二号超级计算机机房。(资料图片) 何书远 摄

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■中国建成6个国家级超算中心 13次拿下世界第一

突破封锁,让大型科学计算不再受制于人

8月盛夏,位于湘江之滨的国家超级计算长沙中心,由国防科技大学研发的“天河”系列超级计算机运算正酣。2000万亿次每秒的峰值计算能力,相当于5万台个人计算机同时计算,为科学研究、信息服务、装备制造等领域发展提供强大支撑,产生了重要的应用效益。

92岁高龄的胡守仁教授

超级计算机体现着一国在全球信息技术竞争中的强国地位,是支撑综合国力提升的国之重器。时至今日,中国超级计算机的研制、创新、应用发展,经历了从无到有、从跟跑到领先的四十年“超常速”发展。

超级计算机是国际高端信息技术创新和竞争的制高点,对国家安全、经济和社会发展具有举足轻重的意义。上世纪70年代,首台超级计算机问世后,国际上对超级计算机需求猛增。发达国家在重点产业领域,已利用超级计算机取得多方面突破。

超级计算机是一个国家科技水平和战略能力的重要标志。从“银河”实现我国巨型机“零”的突破,到“天河”超级计算机多次问鼎世界超算之巅,41年来,国防科大的科研人员胸怀祖国,不畏艰难,自主创新,勇攀高峰,在中国科技发展之路上书写了一个又一个的辉煌。

今年92岁高龄的国防科技大学教授胡守仁,头发花白,面容慈祥,是我国“银河”亿次巨型机研制者之一。老人回忆,改革开放之前,由于我国没有巨型计算机,勘探石油和矿藏数据不得不用飞机送到国外去计算处理,不仅费用昂贵,而且数据首先要被外国专家掌握。受制于人的窘境至今让胡老感慨不已。
胡守仁:“我们国家的计算机搞得比西方国家晚好多年,国际上是1946年第一台计算机就研制出来了,我们是1958年开始研制计算机,差距是比较大的,而计算机很重要,不管是搞经济、军事、文化各个方面,都需要计算机。”

1978年,中国启动首台巨型机“银河-I”研制;2010年,“天河一号”首次摘下全球超级计算机500强榜单第一名。近十年来,天津、深圳、济南、长沙、广州和无锡6家国家级超算中心相继落成。“天河一号”、“神威蓝光”、曙光“星云”、“天河二号”、“太湖之光”等超级计算机先后登上世界顶级超算阵容。如今,中国已成为世界上超级计算机数量最多的国家。

当时,美国、日本等在关键核心技术上,就对中国全面封锁。那时,我国由于没有高性能的计算机,勘探的石油矿藏数据和资料不得不用飞机送到国外去处理,不仅费用昂贵,而且受制于人。

“银河”诞生:中国巨型机研制实现“零”的突破

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国家超算天津中心主任刘光明说:“中国累计拿了13次世界第一,超算已经成了除高铁、航天之外,中国向世界展示的第三张名片。”

“超算由大量的计算节点组成,每个计算节点由一些CPU组成,计算节点由高速互联网络连接起来,另外,还有大规模存储系统、系统软件、应用软件和冷却系统等。我国要想在短时期发展超算,在超算核心技术上有重大突破,跑在世界前列,不是一件轻易能够实现的事。”江苏理工学院计算机工程学院郁钱博士说。

今天的辉煌,源于昨天的屈辱。

1946年2月14日,世界第一台计算机问世

纪念大会现场,很多亲历了中国超算事业发展历程的专家学者,回首四十年筚路蓝缕,感慨万千。上世纪70年代,自超级计算机问世以来,国际上对超级计算机的需求激增,中长期天气预报、航空航天、核爆模拟、石油地震勘探等重大创新和产业领域利用超级计算机不断取得突破。而当时,国际上对我国也开始技术封锁。

我国政府高度重视发展超算,于1978年正式启动巨型计算机研制工程。然而,由于当时技术基础、生产工艺等都与先进国家存在巨大差距,要一下子把计算速度提升到每秒一亿次,面对着一个一个难题。

上世纪70年代,高性能计算成为推动科技创新和经济社会发展的战略高技术。然而,由于没有自己的巨型计算机,中国在经济社会发展当中常常受制于人。勘探出来的矿藏、石油数据资料,得送到国外去处理,不但花费昂贵,而且数据首先要被外国专家掌握。

为加速关键领域科研进展,我国曾花巨额外汇从某国购进一台巨型计算机,然而对方提出苛刻条件,要给计算机建造一个“安全区”,中国人无权靠近这个用人民血汗钱换来的核心设备。
胡守仁:“有一个条件,要在你的机房里搞一个‘小房子’。我们的人不能进去,我们使用的情况他们却都掌握了,这些人的费用还是我们出的。你看气不气人啊!”
1978年年底,伴随着改革开放脚步,科学的春天到来了。在中央召开的一次重要会议上,邓小平同志提出:“中国要搞四个现代化,不能没有巨型机!”年过半百的慈云桂教授代表国防科技大学计算机科研团队,拍着胸脯接过任务,并立下军令状。
国防科技大学张民选教授:“当时,邓小平同志就跟张爱萍讲,巨型机就由你们做算了,但是要签个字,也就是要签个军令状,然后张爱萍一个电话就把慈云桂叫过去了,连夜就赶到北京,他表个态,就这样给国防科技大学了。”

1978年,我国启动巨型计算机研制工程,由于当时技术基础、生产工艺等都与先进国家存在巨大差距,要把计算速度提升到每秒一亿次,困难重重。时任国防科大计算机研究所所长的慈云桂当时已满60岁,他立下军令状:“就是豁出我这条老命,也一定要把我们自己的巨型机搞出来!”五年后,研发团队突破关键技术、完成整体设计,把整机系统的250万个焊点一个个焊起来,“银河-Ⅰ”巨型计算机最终研制成功,中国成为世界上少数几个能研制亿次巨型机的国家。

5年里,承担此项艰巨任务的研发团队,解决了无数个基础理论、技术和工艺难关,攻克了数以百计的关键技术难题,创造性地提出了“双向量阵列”结构,并完成整体设计,比原计划提前一年研制成功“银河-Ⅰ”巨型计算机,系统达到并超过了预定的性能指标,机器整体稳定可靠。这标志着中国成为世界上少数几个能够独立设计和研制亿次巨型机的国家。

“中国要搞四个现代化,不能没有巨型机!”1978年,在中央召开的一次重要会议上,邓小平同志的话掷地有声。就是在这次会议上,我国决定自主研制巨型机,以解决现代化建设中的大型科学计算问题。邓小平同志郑重地将这一重任交给了国防科大。

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后来居上,中国超算快速走向自主可控

当时,国防科大虽是国内最早研制计算机的单位,但此前研制的“151”计算机,运算速度只有每秒100万次,如今要研制每秒运算1亿次的机器,意味着运算速度要提高100倍,技术难度可想而知。

张民选教授今年64岁,“银河-Ⅰ”巨型计算机项目启动时,刚刚走出大学校门,意气风发。根据组织安排,他参与了主机设计工作。
当时,我国工业基础薄弱,加工设备简陋,元器件落后。在这样的条件下,整个科研团队设计巨型机的艰难程度可见一斑。
张民选:“那个时候,搞硬件的人靠画图,电路是一个一个画出来的,现在写一句话就行了,那个时候画图画半个月。从小规模集成电路开始设计,先画图,三极管、二极管,把集成电路做出来,再用这几种电路做计算机。”

“我国的超算是从一穷二白做起的。在2002年之前,TOP500上就没有中国的超算,或者说中国超算本身就很少。从2002年之后,经过15年的高速发展,无论是中国超算的上榜数量还是性能,都呈指数级增长。特别是‘神威·太湖之光’实现了真正的安全自主可控。”杨广文说。

“为中华民族争光!”面对前所未有的困难,科研人员们憋足了一股劲:豁出命也要搞出巨型机来,不让外国人卡我们的脖子。

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面对各国在超级计算机上展开的激烈角逐。我国自“十二五”开始,基于自主可控超算系统的软件与应用考虑,重新布局超级计算机的研制工作。其中,“神威·太湖之光”就是863计划的一项重大科研成果。

“那真是一段耐着性子却激情燃烧的岁月。”回忆当时的情景,今年78岁的国防科大计算机学院教授李思昆感慨道。研制工作展开之后,各种复杂技术问题随之冒了出来。走什么样的技术路线?采取什么样的体系结构?如何实现每秒一亿次的运算速度……问题像一个个“拦路虎”。科研人员们迎难而上,把实验室当战场,夜以继日地进行着这场没有硝烟的战斗。

“银河-Ⅰ”巨型计算机

“神威·太湖之光”是由国家并行计算机工程技术研究中心研制,运算系统全面采用了由国家高性能集成电路设计中心通过自主核心技术研制的国产“申威26010”众核处理器,实现了对该领域产品的国产化替代

改革开放之初,我国工业基础薄弱,加工设备简陋,元器件落后,在这样的条件下,设计巨型机的艰难程度可见一斑。

改革开放后,部分元器件可以进口。这让整天趴在桌子上面画图搞设计的张民选看到了新机遇。
张民选:“以前的存储器是磁芯的,做起来很难,弄起来也很慢,国际上已经有半导体的东西了,做到集成电路里面一块,一块里面就很大的容量。我们采取引进的思路,用了半导体存储器。这是利用了改革开放的优势。”

“‘神威·太湖之光’也是我国第一台全部采用国产处理器构建的世界排名第一的超级计算机。到目前,以每秒9.3亿亿次的浮点运算速度,连续四次在全球超级计算机中夺冠。”国家超级计算无锡中心主任助理、研发部部长甘霖说。

李思昆回忆说,比如做计算机硬件的电路设计,当时纯靠一个一个在纸上画出来,画错了又得重新再来。一个小规模的集成电路设计,光画图就得半个月。

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E级计算被公认为“超级计算机界的下一顶皇冠”,是国际上高端信息技术创新和竞争的制高点。为此,我国面对未来新的挑战与考验,超前布局了下一代超算,在“十三五”国家重点研发专项中,重点支持三个不同技术路线的E级原型系统。

为了赶进度,大家吃在工厂,睡在机房,晚上至少工作到12点。当时,加班费一个晚上两毛钱,却没一个人愿意领。大家心里想的是省下每一分钱,尽快造出中国的巨型机。

6年研制时间,一天不能拖延;运算速度每秒1亿次,一次也不能少……面对严格的时间表和硬指标,张民选和战友们在挫折中寻找突破。
张民选:“设计的时间长,技术工作量也大,天天上班,晚上一般到10点半,最后争取了两毛八还是三毛二的补贴,没发钱,为了使大家身体好一些,做一碗水饺,就在食堂里面搞个夜宵。”
张民选教授和“银河-Ⅰ”攻关团队的同事们闯过了理论、技术和工艺方面的一个个难关,最终提前一年完成研制任务。
张民选:“鉴定的时候非常严格,要运行很长时间,连续运行还不能出错,每次都是人工关机的,可靠性非常高,再就是软件开发,跟用户紧密结合。”
1983年12月26日,我国第一台亿次巨型计算机通过国家技术鉴定,并命名为“银河-I”。这标志着:中国成为继美国、日本之后第3个能独立设计和制造巨型计算机的国家。

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