1983年12月22日,我國自主研制的銀河-I型巨型計(jì)算機(jī),在湖南長沙的國防科技大學(xué)橫空出世。這是一臺有著圓弧形柱狀外型,高約2.2米、外徑2.3米的超級裝備,它以每秒超過1億次浮點(diǎn)運(yùn)算的澎湃算力,開啟了中國超級計(jì)算機(jī)四十年的輝煌發(fā)展歷程。
中國第一臺每秒鐘運(yùn)算一億次以上的“銀河”巨型計(jì)算機(jī),由國防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)研究所在長沙研制成功。(來源:新華社)
01受制于人的國家算力
巨型計(jì)算機(jī)通常也稱超級計(jì)算機(jī),其運(yùn)算速度和存儲容量超過普通計(jì)算機(jī)幾個(gè)數(shù)量級,可以快速完成其他計(jì)算機(jī)難以勝任的大規(guī)模復(fù)雜運(yùn)算。從石油勘探、天氣預(yù)報(bào),到發(fā)動機(jī)仿真、航天器測控,再到攸關(guān)國防安全的核試驗(yàn)?zāi)M……在一切需要密集運(yùn)算和海量數(shù)據(jù)處理的科研領(lǐng)域,超級計(jì)算機(jī)都能發(fā)揮不可替代的作用。毫不夸張地說,超級計(jì)算機(jī)所代表的強(qiáng)大算力,構(gòu)成了一國科研乃至綜合國力的一部分。
上個(gè)世紀(jì)六、七十年代,美、日等國的超算技術(shù)發(fā)展迅猛。1976年,美國Cray-1成為世界第一臺億次超級計(jì)算機(jī),隨即被用于美國新型核武器的研發(fā)運(yùn)算。這一時(shí)期的中國,卻飽受缺乏高性能計(jì)算機(jī)之苦,科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)受到算力不足的嚴(yán)重制約。寶貴的石油勘探數(shù)據(jù)不得不送到國外處理,費(fèi)用高昂、耗時(shí)很長且容易泄密。好不容易從美國買來了超級計(jì)算機(jī),中方專家卻無權(quán)進(jìn)入控制室,所有運(yùn)算必須請外方人員操作。
國家算力怎么能長久受制于人?1978年5月,中國國防科委召開巨型機(jī)方案論證和協(xié)作會議,決定用六年左右時(shí)間、兩億元左右經(jīng)費(fèi),研制一臺每秒運(yùn)算1億次的巨型計(jì)算機(jī)。國防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)研究所承接了光榮而艱巨的研制任務(wù),計(jì)算機(jī)專家慈云桂出任總設(shè)計(jì)師和技術(shù)總指揮,開始了我國超級計(jì)算機(jī)從無到有的第一次跨越。
02?千錘百煉的大國重器
以決策會議的召開日期為代號,億次機(jī)的研發(fā)任務(wù)被命名為“785工程”。在幾個(gè)月的廣泛調(diào)研中,研制團(tuán)隊(duì)獲得了美國Cray-1計(jì)算機(jī)的技術(shù)資料,認(rèn)為其設(shè)計(jì)思想和體系結(jié)構(gòu)較為先進(jìn)獨(dú)到。總設(shè)計(jì)師慈云桂借鑒Cray-1的先進(jìn)結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。最終,785型計(jì)算機(jī)采用了雙向量陣列體系結(jié)構(gòu)方案,力爭研制出既符合國情又緊跟國際主流的億次機(jī)。
從1978年5月工程啟動,到1983年12月通過國家鑒定, 785型計(jì)算機(jī)的研制工作經(jīng)歷了六個(gè)階段。從總體方案論證和工程準(zhǔn)備、模型機(jī)研制,到主機(jī)生產(chǎn)、巨型機(jī)硬件系統(tǒng)調(diào)試,再到貫穿工程全過程的軟件系統(tǒng)研制和聯(lián)調(diào),直至驗(yàn)證工程成敗的試算和國家技術(shù)考核、鑒定,以慈云桂教授為代表的科研人員奮戰(zhàn)5年,只用了原計(jì)劃1/5的經(jīng)費(fèi)就提前完成了研制任務(wù),新生的785型計(jì)算機(jī)也有了一個(gè)響亮的名字:銀河-I。
為了驗(yàn)證“785”工程目標(biāo)是否完全實(shí)現(xiàn),我國專家對首臺銀河-I型巨型計(jì)算機(jī)進(jìn)行了極其嚴(yán)格的技術(shù)考核。1982年6月和9月,銀河-I先是接受了用戶單位的系統(tǒng)考核。1983年12月,國防科工委組織國家鑒定會議, 7個(gè)專家小組對銀河-I進(jìn)行了更加全面的技術(shù)鑒定。面對一項(xiàng)項(xiàng)近乎苛刻的技術(shù)考核,銀河-I型巨型計(jì)算機(jī)表現(xiàn)出了令人驚喜的穩(wěn)定可靠:
(1)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、質(zhì)量精良,200多萬個(gè)焊點(diǎn)無一虛焊;
(2)多次測試結(jié)果表明,硬件向量運(yùn)算速度達(dá)到每秒1億次以上;
(3)26道復(fù)雜的正確性運(yùn)算考題,3遍計(jì)算的數(shù)字完全相同,結(jié)果的正確和精度完全符合要求;
(4)系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行150小時(shí),遠(yuǎn)超平均無故障時(shí)間24小時(shí)的設(shè)計(jì)要求……
1983年12月22日,銀河-I型巨型計(jì)算機(jī)順利通過國家鑒定,鑒定書確認(rèn)“銀河計(jì)算機(jī)是中國自行研制的第一臺億次電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。”千錘百煉的銀河-I型巨型計(jì)算機(jī),讓中國打破了美、日等國的技術(shù)壟斷,一舉成為能夠研制億次超級計(jì)算機(jī)的少數(shù)國家之一。
03?永遠(yuǎn)閃亮的“銀河”精神
研發(fā)成功之后,我國先后生產(chǎn)了三臺銀河-I型巨型計(jì)算機(jī)。一臺留在國防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)研究所,服務(wù)于經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防應(yīng)用;一臺遠(yuǎn)赴河北涿縣石油部物探局研究院,為石油勘探的地震數(shù)據(jù)處理提供了強(qiáng)大算力;還有一臺成為四川綿陽西南計(jì)算中心主機(jī),化身每年運(yùn)行超過8000機(jī)時(shí)的超級“勞?!?,為工程物理科學(xué)計(jì)算、航空航天課題計(jì)算立下了汗馬功勞。
銀河-I巨型計(jì)算機(jī)的研制和應(yīng)用,充分展現(xiàn)了超級計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的巨大價(jià)值和廣闊前景?!靶貞炎鎳F(tuán)結(jié)協(xié)作、志在高峰、奮勇拼搏”的“銀河精神”,以及銀河-I型巨型計(jì)算機(jī)研制過程積累的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn),更是成為中國計(jì)算機(jī)科研人員的強(qiáng)大動能,激勵(lì)他們?yōu)橼s超世界先進(jìn)水平不懈奮斗。銀河-II型十億次巨型計(jì)算機(jī)及銀河-III型百億次巨型計(jì)算機(jī),分別于1992年和1997年相繼研制成功。
“銀河-Ⅱ”巨型計(jì)算機(jī)(來源:論文截圖)
國防科技大學(xué)的“銀河”與“天河”系列,聯(lián)想集團(tuán)的“深騰”系列,中科曙光的“曙光”系列,國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心的“神威”系列……二十世紀(jì)九十年代以來,中國超級計(jì)算機(jī)陣營日益壯大,新型國產(chǎn)超算不斷挑戰(zhàn)世界先進(jìn)水平。
2010年11月,中國“天河一號”A超算,以開創(chuàng)性的CPU+GPU異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了峰值4700萬億次、持續(xù)2566萬億次的運(yùn)算速度,成為全世界算得最快的超級計(jì)算機(jī),使得中國超算歷史性地躍上了世界巔峰。
2009年10月29日,峰值性能為每秒1206萬億次的“天河一號”超級計(jì)算機(jī)由國防科技大學(xué)成功研制。我國成為世界第二個(gè)可研制千萬億次超級計(jì)算機(jī)的國家。圖為“天河一號”千萬億次超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 (來源:新華社)
正在對“天河一號”超級計(jì)算機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)性能測試的科研人員(來源:新華社)
2016至2017年,安裝了40960個(gè)國產(chǎn)處理器的神威·太湖之光,曾經(jīng)連續(xù)占據(jù)全球超算運(yùn)算速度冠軍寶座兩年之久。
神威·太湖之光超級計(jì)算機(jī)(來源:新華社)
“神威·太湖之光”超級計(jì)算機(jī)的監(jiān)控面板(來源:新華社)
“神威·太湖之光”超級計(jì)算機(jī)的交換機(jī)網(wǎng)線(來源:新華社)
當(dāng)今世界超算技術(shù)的競爭焦點(diǎn),首推每秒運(yùn)行一百億億次運(yùn)算(ExaFLOPS)的E級超算。我國的“天河三號”和“神威·海洋之光”,都是E級超算桂冠的有力競爭者。
“天河三號”百億億次原型機(jī)(來源:新華社)
40年彈指一揮間,從銀河-I型巨型計(jì)算機(jī)艱難起步的中國,已經(jīng)成為世界超算技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)力派?!般y河精神”也和“兩彈一星精神”一樣,成為中華民族共同的歷史記憶和精神財(cái)富。
作者:秦彧 計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)管理高級工程師、2017“十佳新銳科普創(chuàng)客”大賽文章類一等獎(jiǎng)獲得者
出品:科普中國
監(jiān)制:中國科學(xué)技術(shù)出版社有限公司、中科數(shù)創(chuàng)(北京)數(shù)字傳媒有限公司
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