天河一號超級計算機(jī)的作用

　　“天河一號”一期系統(tǒng)于2009年9月研制成功，這標(biāo)志著我國成為繼美國之后世界上第二個能夠研制千萬億次超級計算機(jī)的國家。目下面是小編整理的關(guān)于天河一號超級計算機(jī)的作用，歡迎大家參考!

　　天河一號超級計算機(jī)的作用

　　截至目前，天津超算中心服務(wù)京津冀區(qū)域以及全國范圍的企業(yè)、政府、科研院所各類用戶超過600余家，每天為用戶提供的計算服務(wù)機(jī)時超過140萬，運(yùn)行計算任務(wù)超1000個，每天都有數(shù)百個科研團(tuán)隊通過這個‘超級大腦’開展科研工作。天津超算中心成為我國目前應(yīng)用范圍最廣、綜合技術(shù)支持與研發(fā)能力最強(qiáng)的國家級超級計算中心。

　　據(jù)國家超級計算天津中心主任劉光明介紹，目前天津超算中心客戶包括中石油、中海油、中石化、華大基因、天津藥研院、中船重工、中國一重(天津)、中科院、國家海洋局預(yù)報中心、中國氣象局、軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院、國家天文臺、北京大學(xué)、清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)等�！啊�天河一號’超級計算機(jī)現(xiàn)在每天為用戶提供計算服務(wù)機(jī)時超140萬，運(yùn)行計算任務(wù)超1000個，每天都有數(shù)百個科研團(tuán)隊通過這個‘超級大腦’開展科研工作。”劉光明自豪地說。

　　超級計算機(jī)到底能干什么?“通俗地講，能算天、算地、算人。為航天火箭和飛機(jī)設(shè)計分析發(fā)動機(jī)和外形，使得火箭和飛機(jī)飛得快、省油;計算天氣變化，預(yù)報氣象，預(yù)測未來氣候變化等等;為大地做體檢，探明地下石油儲藏情況，打出地下的石油;分析人類基因，解讀生命的奧秘，使人活得更健康更長壽，研發(fā)新藥，治療疾病等�！眲⒐饷髡f。

　　基于“天河一號”超級計算機(jī)和天津超算中心技術(shù)隊伍的實力，“天河一號”積極服務(wù)全國科研院所、大學(xué)和重要的企業(yè)，其形成的科技創(chuàng)新能力和不斷產(chǎn)生的科技創(chuàng)新成果，將對我國科技創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略產(chǎn)生重要影響。天津超算中心已成為我國目前應(yīng)用范圍最廣、綜合技術(shù)支持與研發(fā)能力最強(qiáng)的國家級超級計算中心。

　　天河一號超級計算機(jī)功能

　　國防科大“天河一號”超算獲2014年度國家科技進(jìn)步獎特等獎。一位來自漣源的湖南人、“天河一號”工程總指揮廖湘科，作為2014年國家科技進(jìn)步獎特等獎代表發(fā)言。

　　這是一個歷史性的時刻。從1983年中國科學(xué)家研制成功“銀河”第一代巨型計算機(jī)開始，歷經(jīng)數(shù)代中國科學(xué)家的艱苦探索，中國超算終于沖上世界之巔，大顯王者風(fēng)范。 “天河一號”,被譽(yù)為“國之重器”。

　　這個光榮的勝利者的故事，要從屈辱的玻璃房故事說起。

　　引子

　　在國防科大，很多人都聽說過玻璃房子的故事。

　　對于高性能計算機(jī)，歐美國家長期對中國禁運(yùn)，還設(shè)立了專門從事禁運(yùn)工作的組織。20世紀(jì)80年代，中國氣象部門想從美國克雷公司進(jìn)口一臺計算機(jī)，美國人死活不肯賣。后來好不容易松口了， 但美國政府要對出口中國的高性能計算機(jī)進(jìn)行監(jiān)視，即在計算機(jī)機(jī)房安裝監(jiān)視儀器，機(jī)器也要封在玻璃機(jī)房里，由他們自己人使用監(jiān)控，不許中國科技人員進(jìn)去。

　　2010年，國防科大的超級計算機(jī)“天河一號”，勇奪國際TOP500排名第一�？傇O(shè)計師楊學(xué)軍在接受新華社記者采訪時，曾沉重地談到自己親眼看到玻璃房子的心情：“這段真實的歷史，是中國科研工作者心中永遠(yuǎn)的痛。在中國土地上，被外國人拒于‘技術(shù)大門’之外，就像農(nóng)民自家沒糧，母親自己沒奶喂孩子�！�

　　面對西方國家如此嚴(yán)密的技術(shù)封鎖，以慈云桂教授為代表的第一代中國計算機(jī)科技人員坐不住了。這位國防科技大學(xué)計算機(jī)系、計算機(jī)研究所的創(chuàng)始人，率領(lǐng)國防科大計算機(jī)科研隊伍，在1983年12月研發(fā)出中國第一臺億次巨型電子計算機(jī)，取名為“銀河”。中國從此成為繼美、日之后能獨(dú)立設(shè)計和制造巨型機(jī)的國家。慈云桂被稱為中國巨型計算機(jī)之父。

　　從慈云桂到楊學(xué)軍，短短數(shù)十年的中國超算，可以用楊學(xué)軍寫的一首詩來描繪：夢幻天河彈指間，電閃巡地十億年。濱海坐擁飛流急，倚天妙算出奇篇。

　　當(dāng)年， 得知“天河一號”勇奪國際TOP500排名第一時，楊學(xué)軍說：“我們做了一件讓自己滿意的事，做了一件讓中國人揚(yáng)眉吐氣的事�！辈①x得此詩。

　　壹 前奏

　　中國超算總比別人差那么一點(diǎn)點(diǎn)， 刺痛人心

　　20世紀(jì)90年代初，微處理器(CPU)的問世，導(dǎo)致了MPP(大規(guī)模并行處理)總體技術(shù)的突破。人類計算機(jī)開始邁入超級計算機(jī)時代。國際戰(zhàn)略家們認(rèn)為，“超級計算機(jī)已經(jīng)成為國際競爭的戰(zhàn)略領(lǐng)域�！�

　　1993年，德國曼海姆大學(xué)漢斯·埃里克教授等開始實施國際TOP500排名。雖然純屬“民間活動”，但它釋放出強(qiáng)大魅力，甚至得到政治家們的青睞，日益演變?yōu)椤翱萍紛W林匹克”。

　　此時，國防科大銀河系列超級計算機(jī)關(guān)鍵技術(shù)攻堅勢如破竹。但每當(dāng)中國躍上一個新臺階，美國或日本不久便會宣布研制出世界上運(yùn)算速度最快的超級計算機(jī)。用行內(nèi)的話說：“我們的超級計算機(jī)水平總是比別人差那么一點(diǎn)點(diǎn)”。

　　雖然只是“一點(diǎn)點(diǎn)”，但在愈演愈烈的國際競爭中，卻是天壤之別。在一篇即將付梓的報告文學(xué)中，作者龔盛輝評價這個“一點(diǎn)點(diǎn)”：

　　別人高了這么“一點(diǎn)點(diǎn)”，就意味著站在“巔峰”之上，就可以用俯視的目光看世界;你低了這么“一點(diǎn)點(diǎn)”，說明你還在半山腰，對別人只能仰視、只能謙卑!

　　只要別人高了那么“一點(diǎn)點(diǎn)”， 就可以蠻橫地說“這個不能賣給你中國”“那個不能賣給你中國”，就可以對你指手畫腳，要求你這么做、不允許你那么做……一句話，別人愛怎么的就怎么的，而你卻拿別人沒招兒!

　　這“一點(diǎn)點(diǎn)”，是勒在中國人脖子上的一根“繩套”，讓人喘不上氣來。

　　這“一點(diǎn)點(diǎn)”，是懸在中國人頭頂上的一把“利劍”，深深刺痛了國人的心。

　　中國站在同一起跑線上，巔峰對決開始

　　進(jìn)入21世紀(jì)，世界超級計算機(jī)發(fā)展遭遇“冰封”時期�？茖W(xué)家們?yōu)榱颂岣叱�算系統(tǒng)的整體性能，只能依賴于加大系統(tǒng)規(guī)模：比如計算機(jī)體積有幾個足球場那么大、需要建一個專用的發(fā)電站才能滿足它的功耗。2004年日本的“地球模擬器”，雖然一度搶占國際TOP500排名第一，但其機(jī)房竟需要四層樓，銅質(zhì)電纜有上百公里長。

　　超算技術(shù)再跨越，需要新的體系結(jié)構(gòu)理論來支撐。 這也意味著中國和美、日等發(fā)達(dá)國家處于同一起跑線，中國在超算領(lǐng)域決戰(zhàn)決勝、沖擊巔峰的時機(jī)來臨!

　　經(jīng)過反復(fù)論證，楊學(xué)軍在世界上最早提出異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)技術(shù)。2006年，他率領(lǐng)研發(fā)團(tuán)隊展開攻關(guān)。身兼行政領(lǐng)導(dǎo)、型號總師等數(shù)職的楊學(xué)軍，每周都要抽出兩天時間與大家交流討論學(xué)術(shù)問題，超過吃飯時間，他就自掏腰包請大家吃飯，在飯桌上繼續(xù)討論。平時，楊學(xué)軍和成員們都帶上兩塊手機(jī)電板，一旦有新發(fā)現(xiàn)，就打電話交流討論，常常打到手機(jī)燙耳朵。

　　2007年6月，楊學(xué)軍帶領(lǐng)團(tuán)隊完成的研究論文《64位流處理器體系結(jié)構(gòu)研究》，發(fā)表在國際計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)年會(ISCA)上，并被一家國際權(quán)威期刊錄取。這是ISCA錄取的第一篇來自中國研究機(jī)構(gòu)、由中國學(xué)者獨(dú)立完成的學(xué)術(shù)論文，也是計算機(jī)發(fā)展史上第一個由中國人提出的體系結(jié)構(gòu)理論。

　　中國科學(xué)家，為世界超級計算機(jī)技術(shù)突破“冰封期”提供了嶄新的思路。中國與世界計算機(jī)強(qiáng)國的“巔峰”對決，已經(jīng)開始。

　　貳 出擊

　　“冒險”出擊： 從每秒10萬億次直接沖刺每秒1000萬億次

　　2006年開始，楊學(xué)軍和他的團(tuán)隊，開始了一場極富創(chuàng)意甚至有點(diǎn)冒險的主動出擊戰(zhàn)。

　　其時，國家制定了“先研制兩臺百萬次超級計算機(jī)、再研制一臺千萬億次超級計算機(jī)”的“兩步走”戰(zhàn)略。但以楊學(xué)軍為總設(shè)計師的總師組，經(jīng)過深入技術(shù)調(diào)研、反復(fù)權(quán)衡利弊，決定從每秒10萬億次直接沖刺每秒1000萬億次，走別人沒有走過的CPU+GPU技術(shù)路線。這一超常決策引起一片嘩然。

　　研制超級計算機(jī)一般都以10倍速度逐步遞增已成為國際慣例。從每秒10萬億次直接向每秒1000萬億次跨越，是不是邁得大了點(diǎn)?但楊學(xué)軍認(rèn)為，兩步并作一步走雖然國際上少有，但對銀河人來說并不是什么新鮮事。當(dāng)年慈云桂帶領(lǐng)大家研制“遠(yuǎn)望一號”遠(yuǎn)洋測量船中心計算機(jī)時，不也是從每秒萬次直接向每秒100萬次沖刺的嗎?當(dāng)今世界，超級計算機(jī)每10年性能提升1000倍，在此情況下，若按照所謂“慣例”按部就班，只能永遠(yuǎn)跟在別人后面。

　　雄心再豪邁，最終需實踐檢驗。劍走偏鋒的怪棋走得并不順。

　　CPU(通用微處理器)+GPU(專用微處理器)異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)，形象地說，就是把眾多CPU、GPU有機(jī)地連成一枚“捆綁式火箭”。 中國有一句諺語：“一個和尚挑水喝，兩個和尚抬水喝，三個和尚沒水喝�！卑褦�(shù)千個CPU、數(shù)千個GPU組合成一個“大廟”，它們還能賣力“挑水”嗎?

　　2009年3月，他們把CPU、GPU這兩類“和尚”組合起來，竟發(fā)現(xiàn)總性能還不到600億次，而一顆CPU就有近500億次的性能。也就是說GPU雖然用于圖像處理速度驚人，但讓它與CPU放在一塊用于科學(xué)計算，就變得非常懶惰，計算效能只有20%左右。

　　面對測試結(jié)果，大家心里涼了半截。楊學(xué)軍聽完情況匯報后，向妻子招招手：“你去把車開來，帶我出去轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)�！避囎玉偝龈咚偈召M(fèi)站時，楊學(xué)軍掏出手機(jī)，堅定地說：“別人不敢走的路，并不等于走不通。從技術(shù)原理分析，GPU的計算性能，通過軟件優(yōu)化，是可以大幅提高的……”

　　“突擊隊”在長沙郊區(qū)閉關(guān)半年

　　1983年“銀河一號”研制成功的消息傳來時，正在清華讀書的廖湘科，和同學(xué)們立刻南下長沙，親眼目睹那些創(chuàng)造歷史的機(jī)器是什么樣子。畢業(yè)后廖湘科毫不猶豫考入國防科大讀碩士，用他的話說：“我就是沖 ‘銀河’去的!”

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