中國創(chuàng)新，鐫刻在世界速度之巔

　　中國創(chuàng)新，鐫刻在世界速度之巔——我國科學(xué)家自主打造世界上應(yīng)用最廣超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河一號(hào)”側(cè)記

　　“坐地日行八萬里，巡天遙看一千河。”作為我國首臺(tái)千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)，“天河一號(hào)”在問鼎世界超算之最后并沒有停下腳步，將產(chǎn)學(xué)研結(jié)合樹立為新方向，成為多個(gè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的核心競爭力。

　　如今，依托“天河一號(hào)”班底，新一代國產(chǎn)百億億次超算“天河三號(hào)”的研制已經(jīng)啟航。

　　“無限風(fēng)光在險(xiǎn)峰” 自主創(chuàng)新問鼎世界高峰

　　新春伊始，記者走進(jìn)位于天津開發(fā)區(qū)泰達(dá)服務(wù)外包園內(nèi)的“天河一號(hào)”機(jī)房，140余個(gè)黑色的計(jì)算機(jī)柜整齊排列，發(fā)出低沉的“嗡嗡”運(yùn)轉(zhuǎn)聲。就是在這看似普通的機(jī)房里，曾經(jīng)成就了中國超算首次問鼎世界超算桂冠的榮耀，凝聚著幾代“超算人”的心血與汗水。

　　國家超算天津中心主任劉光明說，作為世界上曾經(jīng)運(yùn)算速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)，“天河一號(hào)”最突出的特點(diǎn)在于其超強(qiáng)的運(yùn)算能力，持續(xù)速度每秒2570萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算、峰值速度4700萬億次?！疤旌右惶?hào)”運(yùn)算1小時(shí)，相當(dāng)于全國13億人同時(shí)計(jì)算340年以上。更難能可貴的是，它在諸多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了創(chuàng)新突破，叫響了“中國創(chuàng)造”的品牌。

　　“天河一號(hào)”在國內(nèi)首次創(chuàng)新性地采用了異構(gòu)體系架構(gòu)。劉光明介紹，在最近的世界超算TOP500榜單上，世界上最快的超算中有近半采用該技術(shù)，這是中國科學(xué)家對(duì)世界超算技術(shù)的重要貢獻(xiàn)，引領(lǐng)了超算技術(shù)的潮流。

　　由中國自主研制的超算高速互聯(lián)通信系統(tǒng)也是其優(yōu)勢所在。劉光明介紹，“天河一號(hào)”內(nèi)數(shù)萬個(gè)CPU和GPU通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息交換，相當(dāng)于編織起了龐大、高效的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)的通信能力是當(dāng)時(shí)美國主流商業(yè)芯片的兩倍。

　　還有兩項(xiàng)創(chuàng)新分別來自硬件和軟件領(lǐng)域，即配備了自主研制的飛騰CPU芯片及麒麟操作系統(tǒng)，兩項(xiàng)創(chuàng)新均出自國防科技大學(xué)。

　　國家超算天津中心應(yīng)用研發(fā)部部長孟祥飛說，“天河一號(hào)”上配置的部分飛騰CPU已經(jīng)證明了其性能，升級(jí)版飛騰CPU目前又運(yùn)用到了“天河二號(hào)”中，助力其運(yùn)算速度再次榮膺世界桂冠。麒麟操作系統(tǒng)是目前中國國產(chǎn)安全等級(jí)最高的操作系統(tǒng)，其對(duì)其他軟件的包容性和易用性也已經(jīng)在“天河一號(hào)”上得到了證明。尤其是飛騰CPU數(shù)量約占全部CPU的七分之一，且經(jīng)過多年運(yùn)行看性能良好。這為我國關(guān)鍵芯片的國產(chǎn)化之路奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　“待到山花爛漫時(shí)” 攻堅(jiān)克難打造國之重器

　　超級(jí)計(jì)算機(jī)是世界高端信息技術(shù)領(lǐng)域的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，也是體現(xiàn)科技競爭力和綜合國力的重要標(biāo)志?！疤旌右惶?hào)”的出現(xiàn)，打破了國外在高性能計(jì)算核心領(lǐng)域的技術(shù)封鎖和限制政策，為解決我國經(jīng)濟(jì)、國防、科技等領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性問題提供了重要手段。

　　“天河一號(hào)”系統(tǒng)在2010年第36屆世界超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜上名列榜首。“這一刻，中國人等了20多年！”回首往事，劉光明至今激動(dòng)不已。

　　他說，2010年受邀參加在美國新奧爾良舉行的全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜正式公布和頒獎(jiǎng)儀式時(shí)，有外國人曾對(duì)中國產(chǎn)的超級(jí)計(jì)算機(jī)摘取世界桂冠感到非常驚訝，而這一席位過去幾乎都被美國所占據(jù)。

　　讓劉光明更為揚(yáng)眉吐氣的是，當(dāng)中國研制的“神威太湖之光”“天河二號(hào)”接踵登頂世界超算高峰時(shí)，國外科學(xué)界已經(jīng)習(xí)以為常。

　　深圳華大基因研究院曾代表我國參與“國際千人基因組計(jì)劃”。院長汪建說，不斷涌現(xiàn)的海量數(shù)據(jù)成為“基因組學(xué)”進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸，而高性能計(jì)算機(jī)為這一領(lǐng)域帶來了曙光。使用“天河一號(hào)”，過去要一年才能完成的500人基因信息關(guān)聯(lián)性分析，現(xiàn)在只需三個(gè)多小時(shí)，對(duì)于提升我國的綜合國力具有重要意義。

　　基于“天河一號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)的自主核心技術(shù)的國際影響，歐盟主動(dòng)與天津超算中心開展了高性能計(jì)算技術(shù)的項(xiàng)目合作，共同研討未來超級(jí)計(jì)算機(jī)及應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，為下一代超級(jí)計(jì)算技術(shù)研發(fā)提供指導(dǎo)。

　　劉光明指出，超算的核心技術(shù)是高端信息技術(shù)的制高點(diǎn)，它包括了CPU設(shè)計(jì)、超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)等，是一項(xiàng)牽牛鼻子的科研工作，可帶動(dòng)高端信息技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用創(chuàng)新以及其他學(xué)科研究的全面快速和持續(xù)發(fā)展。

　　“風(fēng)物長宜放眼量” 廣泛應(yīng)用再譜超算新章

　　“天河一號(hào)”成為目前世界上獲得廣泛應(yīng)用的超級(jí)計(jì)算機(jī)。這一點(diǎn)，致力于應(yīng)用對(duì)接的天津?yàn)I海服務(wù)外包產(chǎn)業(yè)有限公司總經(jīng)理閻偉感觸最深。

　　閻偉喜歡將“天河一號(hào)”稱為“中國科技界的奧運(yùn)冠軍”?！皬乃_始，中國的科技創(chuàng)新逐漸由追隨向引領(lǐng)轉(zhuǎn)變，在應(yīng)用上更是突破了人們對(duì)超算認(rèn)識(shí)的局限。”國外超算應(yīng)用往往只針對(duì)某幾個(gè)領(lǐng)域，“天河一號(hào)”則覆蓋了高性能計(jì)算的各個(gè)領(lǐng)域，包括石油物探、基因測序、裝備制造等，力求在產(chǎn)學(xué)研結(jié)合中，讓國之重器成為服務(wù)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的國之利器。

　　去年入冬以來，全國大范圍、長時(shí)間的霧霾天氣成為社會(huì)關(guān)注焦點(diǎn)。在國家超算天津中心，研究人員們與中國氣象局等單位合作，正致力于利用“天河一號(hào)”開展霧霾天預(yù)警預(yù)報(bào)。孟祥飛說，只需2個(gè)多小時(shí)就能算出最長未來5天的預(yù)報(bào)數(shù)值，最高網(wǎng)格精度達(dá)2到3公里。

　　目前，“天河一號(hào)”已經(jīng)滿負(fù)荷運(yùn)行，每天運(yùn)行的計(jì)算任務(wù)超過1400個(gè)，每天有千余個(gè)科研團(tuán)隊(duì)借助天河一號(hào)開展科研工作。經(jīng)過多年努力，“天河一號(hào)”實(shí)現(xiàn)了支撐國家重大科技項(xiàng)目與商業(yè)化應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合，對(duì)外服務(wù)主要聚焦在了“算天、算地、算人”上：

　　——“算天”：計(jì)算分析大型飛機(jī)外形的空氣動(dòng)力特性；研究全球氣候變化，實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)氣象；對(duì)天體的演變進(jìn)行建模和理論試驗(yàn)。

　　——“算地”：研發(fā)我國自主的石油地震勘探數(shù)據(jù)分析核心軟件，將地下成像數(shù)據(jù)處理速度由過去的30天提高到16小時(shí)。

　　——“算人”：中心與華大基因合作，破解人類“基因組學(xué)”研究中面臨的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的技術(shù)瓶頸；軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院、上海藥物所等用它開展糖尿病、癲癇等新型治療藥物的研發(fā)。

　　劉光明說，“十三五”期間，中心計(jì)劃研制中國新一代百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)。該中心同國防科技大學(xué)聯(lián)合開展的我國新一代百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)樣機(jī)研制工作已經(jīng)啟動(dòng)，預(yù)計(jì)今年底至2018年初完成。根據(jù)規(guī)劃，它的浮點(diǎn)計(jì)算處理能力將達(dá)到10的18次方，是現(xiàn)在“天河一號(hào)”超算的200倍。（楊維成、李靖、毛振華）

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