問鼎世界之巔的“中國速度”
——記國防科技大學推動我國高性能計算歷史跨越
■本報記者 王握文 通訊員 於冬陽
初秋，位於天津濱海新區的國家超級計算天津中心內，天河一號一如往常地高速運行。不同的是，如今它又添了一個新夥伴——天河三號原型機系統。有關專家介紹，該系統研製成功並通過驗收，標誌著我國高性能計算已開始向百億億次級的“E級”超算邁進。
國防科技大學計算機學院政委夏志和告訴記者，習主席對天河二號超級計算機系統研製成功作出重要批示、親臨學校視察並接見學校科技創新團隊代表，為科研人員堅持以我為主、勇於自主創新注入強大精神動力。眼下，創新團隊正全力投入天河三號的研製攻關中，決心向新的“中國速度”衝鋒，摘取“超級計算機的下一頂皇冠”。
從實現我國巨型機“零”的突破，到“天河”超級計算機7次位居世界超算榜首，伴隨著改革開放的時代大潮，該校科研人員一次次創造震驚世界的科技奇蹟，實現了高性能計算從“跟跑”到“領跑”的歷史跨越。
“銀河”閃耀神州
“中國要搞四個現代化，不能沒有巨型機！”1978年，在中央召開的一次重要會議上，鄧小平同志的這句話擲地有聲。隨即，他代表黨中央、國務院將這一任務交給國防科技大學。
時任該校計算機研究所所長的慈雲桂教授聽到這個消息，當即向上級立下軍令狀：每秒一億次一次不少，6年時間一天不拖，預算經費一分不超。“就算是豁出這條老命，也要把中國的巨型機搞出來！”
改革開放之初，我國技術力量落後。該校雖是國內最早研製計算機的單位，但此前研製的“151”計算機，運算速度只有每秒100萬次，如今要研製每秒運算一億次的機器，技術跨度很大，重重困難。
“困難沒有嚇倒我們！”年近九旬的胡守仁教授回憶說，大家只有一個信念，無論如何也要造出中國自己的巨型機，不讓外國人再卡我們的脖子，所以大家把它叫“爭氣機”。
慈雲桂帶領團隊瞄準國際前沿，揚長避短，集智攻關，堅持走自己的路。他們創造性地為巨型機設計了一個“雙向量陣列”體系結構，闖過了一個個理論、技術和工藝難關，攻克了數以百計的技術難題。
“那真是一段激情燃燒的歲月。”參加研製的胡世平研究員說，為早日完成研製任務，大家把實驗室當戰場，吃在工廠，睡在機房，夜以繼日攻關，僅用5年時間提前完成了研製任務。
1983年11月26日，我國第一臺億次巨型計算機通過國家技術鑑定，它向全世界宣告：中國成為繼美、日之後第三個能獨立設計和製造巨型機的國家。
時任國家科工委主任張愛萍為巨型機揮筆命名為“銀河”，並題詩一首：“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。”
消息傳到北京，時任軍委主席鄧小平非常高興，親自簽發命令，為研製人員記集體一等功，稱讚他們是“國防科研戰線上一支勇於進取、能打硬仗的先進集體”，勉勵他們“再接再厲，大膽創新，為我國國防現代化建設做出更大貢獻”。
“銀河”閃閃耀神州。1984年10月1日，在中國人民共和國成立35週年閱兵儀式上，我國首臺“銀河”巨型機模型受閱通過天安門廣場。
“天河”領先世界
“一條大河波浪寬，風吹稻花香兩岸。”電影《上甘嶺》的主題歌，成為傳唱半個多世紀的經典。半個多世紀後的今天，另一條“大河”，以震驚世界的“中國速度”，成為推進超級計算機研製與應用的軍民融合“樣本”。這就是先後7次登上世界超算之巔的“天河”系列超級計算機。
當今世界，高性能計算已成為理論和試驗之外的第三種科學研究手段。進入新世紀，我國改革開放步伐加快，經濟社會發展對高性能計算提出了更高要求。然而，直至本世紀初，我國仍與國際先進水平相差一個量級。2007年，世界首臺千萬億次超級計算機在美國問世，峰值計算速度達到每秒1456萬億次。
面對嚴峻挑戰，該校高性能計算創新團隊瞄準國際前沿，超前謀劃部署，吹響向千萬億次級超級計算機進軍的衝鋒號，向著計算機領域的“珠峰”攀登。
發展千萬億次超級計算機系統，被列入《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》，獲得國家“863”計劃重點課題支持，研製工作正式融入國家創新體系。2007年，該校與天津濱海新區簽訂合作協議，聯合開展千萬億次超級計算機研製，共同建設國家超級計算天津中心。
融入國家創新體系，走軍民融合自主創新道路，使我國千萬億次超級計算機研製邁入快車道。天津與“銀河”的聯姻，也使我國千萬億次超級計算機有了一個嶄新的名字——天河。
2009年10月，在中華人民共和國成立60週年之際，我國首臺千萬億次超級計算機系統——天河一號研製成功，我國成為世界上第二個能研製超級計算機的國家。一年後，天河一號以優異的運算速度在全球超算計算500強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，僅僅過了不到8個月，天河一號就被擠下冠軍臺，兩年之後排名滑落至第8名。面對超算領域的激烈競爭，如何創造新的“中國速度”？該校將軍民融合自主創新的目光，投向廣東珠三角地區。他們與廣州市簽署合作協議，在更高起點上前瞻謀劃我國新一代超級計算機研製與應用工作。
2013年6月17日，中國超算“王者歸來”，天河二號以每秒5.49億億次的峰值計算速度和每秒3.39億億次實測計算速度，再位登上全球超算500強榜首。此後，天河二號連續6次位居世界超算榜首。
“超算”加速引擎
在天津濱海新區服務外包產業園，一棟橘紅色大樓外牆上，“天河”兩個大字格外醒目。這棟建築面積達6500平方米的大樓，是國家超級計算天津中心。走進一樓近千平方米的主機房內，由140個機櫃組成的天河一號，排列成13行，猶如列隊受閱的方隊。
中心主任劉光明告訴記者：“天河一號每天運行的計算任務多達1400多個，用戶近1000家，每天有1000多個科研團隊藉助它開展高性能計算和海量數據處理等研究工作，已累計支持國家科技重大專項、973、863、國家自然科學基金等重大項目1200多項，取得了一批具有國際先進水平的科研成果，研發了一批具有自主知識產權的應用軟件。”
超級計算機被譽為人類探索自然奧秘的“天文望遠鏡”。科學家可以藉助它更好地理解自然世界、發現科學規律，從而推動科技進步。如今，以“天河”為業務主機已建成天津、廣州、長沙三大超算中心，構建起材料科學與工程計算、生物計算與個性化醫療、裝備全數字設計與製造、能源及相關技術數字化設計、天文地球科學與環境工程、智慧城市大數據和雲計算等6個應用服務平臺，為國內外近3000家用戶提供高性能計算和雲計算服務，支撐2000多項重點課題研究。
2011年初，中石油首次將面積達1060平方公里石油勘探地震數據放在天河一號上進行計算，僅用16個小時就完成計算處理任務，運算效率提高30多倍。中國商飛北京民用飛機技術研究中心，利用天河二號進行大型客機全參數氣動優化設計計算，僅用6天時間就完成過去需要兩年才能完成的計算量。
中國工程院院士、該校計算機學院院長廖湘科說，隨著應用領域的不斷擴展，“天河”系列超級計算機日益顯示出作為國家重要基礎設施的強大支撐作用，成為國家科技創新和經濟社會發展的強勁引擎。
40年彈指一揮間。我國高性能計算技術從“跟跑”到“領跑”的跨越，是改革開放催生神州鉅變的一個縮影，更是走中國自主創新道路書寫的嶄新篇章。據介紹，運算速度將達到百億億次的天河三號，將實現所有元器件的國產化，預計2020年研製成功並投入使用。
（解放軍報·解放軍新聞傳播中心融媒體出品）
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