1983年12月22日,我国自主研制的银河-I型巨型计算机,在湖南长沙的国防科技大学横空出世。这是一台有着圆弧形柱状外型,高约2.2米、外径2.3米的超级装备,它以每秒超过1亿次浮点运算的澎湃算力,开启了中国超级计算机四十年的辉煌发展历程。

“银河-I”40周岁了!传承与超越 “中国超算”的光辉之路  第1张

中国第一台每秒钟运算一亿次以上的“银河”巨型计算机,由国防科技大学计算机研究所在长沙研制成功。(来源:新华社)

1、受制于人的国家算力

巨型计算机通常也称超级计算机,其运算速度和存储容量超过普通计算机几个数量级,可以快速完成其他计算机难以胜任的大规模复杂运算。从石油勘探、天气预报,到发动机仿真、航天器测控,再到攸关国防安全的核试验模拟……在一切需要密集运算和海量数据处理的科研领域,超级计算机都能发挥不可替代的作用。毫不夸张地说,超级计算机所代表的强大算力,构成了一国科研乃至综合国力的一部分。

上个世纪六、七十年代,美、日等国的超算技术发展迅猛。1976年,美国Cray-1成为世界第一台亿次超级计算机,随即被用于美国新型核武器的研发运算。这一时期的中国,却饱受缺乏高性能计算机之苦,科学研究、经济发展和国防建设受到算力不足的严重制约。宝贵的石油勘探数据不得不送到国外处理,费用高昂、耗时很长且容易泄密。好不容易从美国买来了超级计算机,中方专家却无权进入控制室,所有运算必须请外方人员操作。

国家算力怎么能长久受制于人?1978年5月,中国国防科委召开巨型机方案论证和协作会议,决定用六年左右时间、两亿元左右经费,研制一台每秒运算1亿次的巨型计算机。国防科技大学计算机研究所承接了光荣而艰巨的研制任务,计算机专家慈云桂出任总设计师和技术总指挥,开始了我国超级计算机从无到有的第一次跨越。

2、千锤百炼的大国重器

以决策会议的召开日期为代号,亿次机的研发任务被命名为“785工程”。在几个月的广泛调研中,研制团队获得了美国Cray-1计算机的技术资料,认为其设计思想和体系结构较为先进独到。总设计师慈云桂借鉴Cray-1的先进结构重新进行总体设计。最终,785型计算机采用了双向量阵列体系结构方案,力争研制出既符合国情又紧跟国际主流的亿次机。

从1978年5月工程启动,到1983年12月通过国家鉴定, 785型计算机的研制工作经历了六个阶段。从总体方案论证和工程准备、模型机研制,到主机生产、巨型机硬件系统调试,再到贯穿工程全过程的软件系统研制和联调,直至验证工程成败的试算和国家技术考核、鉴定,以慈云桂教授为代表的科研人员奋战5年,只用了原计划1/5的经费就提前完成了研制任务,新生的785型计算机也有了一个响亮的名字:银河-I。

为了验证“785”工程目标是否完全实现,我国专家对首台银河-I型巨型计算机进行了极其严格的技术考核。1982年6月和9月,银河-I先是接受了用户单位的系统考核。1983年12月,国防科工委组织国家鉴定会议, 7个专家小组对银河-I进行了更加全面的技术鉴定。面对一项项近乎苛刻的技术考核,银河-I型巨型计算机表现出了令人惊喜的稳定可靠:

(1)硬件系统设计合理、质量精良,200多万个焊点无一虚焊;

(2)多次测试结果表明,硬件向量运算速度达到每秒1亿次以上;

(3)26道复杂的正确性运算考题,3遍计算的数字完全相同,结果的正确和精度完全符合要求;

(4)系统连续稳定运行150小时,远超平均无故障时间24小时的设计要求……

1983年12月22日,银河-I型巨型计算机顺利通过国家鉴定,鉴定书确认“银河计算机是中国自行研制的第一台亿次电子计算机系统。”千锤百炼的银河-I型巨型计算机,让中国打破了美、日等国的技术垄断,一举成为能够研制亿次超级计算机的少数国家之一。

3、永远闪亮的“银河”精神

研发成功之后,我国先后生产了三台银河-I型巨型计算机。一台留在国防科技大学计算机研究所,服务于经济建设和国防应用;一台远赴河北涿县石油部物探局研究院,为石油勘探的地震数据处理提供了强大算力;还有一台成为四川绵阳西南计算中心主机,化身每年运行超过8000机时的超级“劳模”,为工程物理科学计算、航空航天课题计算立下了汗马功劳。

银河-I巨型计算机的研制和应用,充分展现了超级计算机产业的巨大价值和广阔前景。“胸怀祖国、团结协作、志在高峰、奋勇拼搏”的“银河精神”,以及银河-I型巨型计算机研制过程积累的技术和经验,更是成为中国计算机科研人员的强大动能,激励他们为赶超世界先进水平不懈奋斗。银河-II型十亿次巨型计算机及银河-III型百亿次巨型计算机,分别于1992年和1997年相继研制成功。

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“银河-Ⅱ”巨型计算机

国防科技大学的“银河”与“天河”系列,联想集团的“深腾”系列,中科曙光的“曙光”系列,国家并行计算机工程技术研究中心的“神威”系列……二十世纪九十年代以来,中国超级计算机阵营日益壮大,新型国产超算不断挑战世界先进水平。

2010年11月,中国“天河一号”A超算,以开创性的CPU+GPU异构融合体系结构,实现了峰值4700万亿次、持续2566万亿次的运算速度,成为全世界算得最快的超级计算机,使得中国超算历史性地跃上了世界巅峰。

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2009年10月29日,峰值性能为每秒1206万亿次的“天河一号”超级计算机由国防科技大学成功研制。我国成为世界第二个可研制千万亿次超级计算机的国家。图为“天河一号”千万亿次超级计算机系统。 (来源:新华社)

2016至2017年,安装了40960个国产处理器的神威·太湖之光,曾经连续占据全球超算运算速度冠军宝座两年之久。

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神威·太湖之光超级计算机(来源:新华社)

当今世界超算技术的竞争焦点,首推每秒运行一百亿亿次运算(ExaFLOPS)的E级超算。我国的“天河三号”和“神威·海洋之光”,都是E级超算桂冠的有力竞争者。

40年弹指一挥间,从银河-I型巨型计算机艰难起步的中国,已经成为世界超算技术领域的实力派。“银河精神”也和“两弹一星精神”一样,成为中华民族共同的历史记忆和精神财富。