超級(jí)計(jì)算：高科技之“上甘嶺”

 

　　對(duì)于超級(jí)計(jì)算在國(guó)家昌盛、民族崛起中的地位作用，有人形象生動(dòng)地說：“高科技競(jìng)爭(zhēng)是沒有硝煙的戰(zhàn)場(chǎng)，超級(jí)計(jì)算是這個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)上的上甘嶺。”

　　2005年，美國(guó)總統(tǒng)向?qū)傧碌男畔⒓夹g(shù)咨詢委員會(huì)咨詢這一問題時(shí)，該委員會(huì)則這樣回答：“計(jì)算科學(xué)是確保美國(guó)21世紀(jì)戰(zhàn)略地位的重要手段，而超級(jí)計(jì)算機(jī)是實(shí)現(xiàn)計(jì)算科學(xué)的最重要的載體。”

　　隨著人類認(rèn)識(shí)的不斷拓展和深化，尤其是現(xiàn)代大科學(xué)、大工程、大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，以超級(jí)計(jì)算機(jī)為平臺(tái)的超級(jí)計(jì)算，在科技發(fā)展領(lǐng)域，已漸漸與科學(xué)理論、科學(xué)實(shí)驗(yàn)“并肩而立”，成為“支撐現(xiàn)代科技大廈三大支柱”之一，是國(guó)家科技競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)志。

　　在當(dāng)今時(shí)代，從事關(guān)國(guó)家安全的戰(zhàn)略領(lǐng)域研究，到人們?nèi)粘Ｉ顥l件的改善，都離不開超算技術(shù)的支撐。可以說，在現(xiàn)代社會(huì)，沒有哪一個(gè)學(xué)科像超級(jí)計(jì)算這樣在科學(xué)研究中運(yùn)用如此廣泛、如此深入、如此前沿。正如國(guó)家超算天津中心主任劉光明所說：“超級(jí)計(jì)算機(jī)算天、算地、算人，算過去、算現(xiàn)在、算未來……運(yùn)用超算給大地做CT，可以又快又準(zhǔn)地找到石油；運(yùn)用超算分析人類基因，能夠解讀生命的奧秘；運(yùn)用超算做風(fēng)洞，設(shè)計(jì)的飛機(jī)可以飛得更快、更高、更省油……”

　　超級(jí)計(jì)算，現(xiàn)已走進(jìn)各行各業(yè)、千家萬戶，人們的衣、食、住、行、樂，無時(shí)無刻不在分享著超級(jí)計(jì)算算出的“紅利”。比如食品，運(yùn)用超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行以水稻、玉米、生豬等為主要對(duì)象的基因工程研究，讓糧食產(chǎn)量更高、味道更美、營(yíng)養(yǎng)更豐富，使生豬長(zhǎng)得更快、肉質(zhì)更好、更有利于人類健康……，比如治病，超級(jí)計(jì)算讓各種新藥研制周期從數(shù)年甚至上十年縮短到一年以內(nèi)甚至幾個(gè)月，讓需要化療、放療的癌癥病人的基因檢測(cè)過程由一兩個(gè)月縮短為幾分鐘……，比如天氣預(yù)報(bào)，超級(jí)計(jì)算能在幾秒內(nèi)算出未來一周天氣情況，在一天內(nèi)完成過去幾年甚至幾十年完成的計(jì)算工作，甚至可以預(yù)測(cè)地震、海嘯等自然災(zāi)害……，比如娛樂，人們直呼“酷極”“過癮”的美國(guó)電影《阿凡達(dá)》《生化危機(jī)2》以及國(guó)產(chǎn)電影《關(guān)云長(zhǎng)》、新版電視劇《西游記》等影視劇精彩絕倫的動(dòng)漫渲染，都是依靠超級(jí)計(jì)算完成的……

　　目前，有賴于超級(jí)計(jì)算機(jī)解決的挑戰(zhàn)性問題，如汽車、飛機(jī)、輪船制造如何改善空氣/流體動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)、減少燃料消耗和噪音、提高防撞強(qiáng)度和乘坐舒適度；防范和減輕氣候變化帶來的破壞；幫助人類尋找疾病治療的革命性方法；通過預(yù)警降低地震造成的生命和財(cái)產(chǎn)損失；地球物理學(xué)中的大數(shù)據(jù)處理與模擬；對(duì)天體演變進(jìn)行建模和理論試驗(yàn)；模擬影響社會(huì)健康和安全事件及尋找應(yīng)對(duì)措施和規(guī)劃；發(fā)現(xiàn)高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的物質(zhì)及其反應(yīng)；尋找人類活動(dòng)、社會(huì)發(fā)展規(guī)律……，這些問題涉及交通工具制造、氣象預(yù)報(bào)、生物信息、地震監(jiān)測(cè)、地球科學(xué)、天體物理、公共健康、材料科學(xué)、人類/組織系統(tǒng)研究等眾多學(xué)科，幾乎涵蓋科學(xué)研究的每一個(gè)領(lǐng)域和社會(huì)生活的方方面面。

　　換言之，當(dāng)今時(shí)代離開了超級(jí)計(jì)算，人類對(duì)高精尖科學(xué)問題的探索將舉步維艱，甚至寸步難行!

　　超級(jí)計(jì)算機(jī)，是名副其實(shí)的“國(guó)之重器”“高科技之上甘嶺”!

　　60年前，我志愿軍將士不畏強(qiáng)敵，在朝鮮上甘嶺地區(qū)與以美國(guó)為代表的聯(lián)合國(guó)軍展開生死決戰(zhàn)。60年后，我國(guó)科技尖兵以大無畏英雄氣概，又與以美國(guó)為代表的西方國(guó)家在超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域打響了“上甘嶺戰(zhàn)役”。

　　這場(chǎng)科技戰(zhàn)役，一如當(dāng)年上甘嶺決戰(zhàn)，亦是一次實(shí)力懸殊、極不平等的較量!

　　1946年2月14日，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)教授莫奇利、講師?？颂睾同F(xiàn)代計(jì)算機(jī)理論奠基人馮·諾依曼舉起香檳酒，慶賀他們研制成功世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)時(shí)，中國(guó)的統(tǒng)治者蔣介石剛剛向他的愛將杜聿明下達(dá)了向中國(guó)共產(chǎn)黨東北民主聯(lián)軍發(fā)起進(jìn)攻的命令，內(nèi)戰(zhàn)進(jìn)入白熱化階段。此后十年，中國(guó)的計(jì)算機(jī)工程又遲遲未能上馬。由此可見，中國(guó)對(duì)這一后來改變整個(gè)人類生活的新興科技的探索起步有多晚、差距有多大。

　　但新中國(guó)有一支“胸懷祖國(guó)、志在高峰、團(tuán)結(jié)協(xié)作、頑強(qiáng)拼搏”的計(jì)算機(jī)科技攻關(guān)隊(duì)伍——銀河團(tuán)隊(duì)。他們不畏強(qiáng)國(guó)重重封鎖、層層壓制，躬身沖刺，奮起直追，先后研制出中國(guó)第一臺(tái)電子管專用計(jì)算機(jī)、第一臺(tái)晶體管通用計(jì)算機(jī)、第一臺(tái)每秒百萬次計(jì)算機(jī)、第一臺(tái)每秒億次向量巨型機(jī)、第一臺(tái)每秒10億次并行巨型機(jī)、第一臺(tái)每秒100億次超大規(guī)模并行巨型機(jī)……，創(chuàng)造了“中國(guó)芯”“中國(guó)麒麟”“中國(guó)第一網(wǎng)”等科學(xué)奇跡，發(fā)展壯大為“中國(guó)第一超算團(tuán)隊(duì)”。

　　21世紀(jì)初，隨著每秒100萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)高峰被成功攻克，人類對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)的探索，面臨著一系列難以逾越的關(guān)鍵技術(shù)“高墻”，這意味著世界各國(guó)對(duì)新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)的攻堅(jiān)站在了同一起跑線上。

　　銀河團(tuán)隊(duì)抓住這一歷史機(jī)遇，果斷與世界強(qiáng)國(guó)展開決戰(zhàn)，發(fā)起了超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的“上甘嶺戰(zhàn)役”，率先突破新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)主流技術(shù)——CPU+GPU異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)技術(shù)。

　　我軍英雄將士在上甘嶺不畏犧牲、浴血奮戰(zhàn)，打出了軍威，打出了國(guó)威。

　　中國(guó)科技尖兵在世界超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域打響的“上甘嶺戰(zhàn)役”，也打出了“中國(guó)自豪”“中國(guó)驕傲”：

　　“天河一號(hào)”二期系統(tǒng)，2010年成功登上世界超級(jí)計(jì)算機(jī)排名冠軍寶座，中國(guó)自鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)以來第一次走上世界科技競(jìng)賽最高領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)!

　　“天河二號(hào)”，自2013年問世后，已連續(xù)5次蟬聯(lián)世界超級(jí)計(jì)算機(jī)排名冠軍，標(biāo)志著中國(guó)在超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域已走在世界前列!

 

　　決戰(zhàn)時(shí)機(jī)

 

　　隨著21世紀(jì)之門向人類徐徐開啟，“并行計(jì)算時(shí)代”開始遭遇“寒流”。這股“寒流”的顯著標(biāo)志，就是單芯片性能提升受到制備工藝限制而大大放緩。也就是說，科學(xué)家們提高超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體性能，只能依賴于加大系統(tǒng)規(guī)模。這樣一來，系統(tǒng)性能在突破每秒千萬億次后，就會(huì)出現(xiàn)一系列難以逾越的“高墻”：

　　比如體積，它將有幾個(gè)足球場(chǎng)那么大。

　　比如功耗，需要建一個(gè)專用的發(fā)電站，才能滿足它的功耗。

　　以日本“地球模擬器”為例。日本NEC公司于2004年6月推出的這臺(tái)機(jī)器，雖然峰值性能達(dá)到35.86TFLOPS，一度搶占國(guó)際TOP500排名第一。但它采用了5120個(gè)定制向量處理器，功耗高達(dá)12MW，其機(jī)房共有四層，機(jī)器存放在四樓，三樓布置了上百公里長(zhǎng)的銅質(zhì)電纜用于全局互連，二樓是空調(diào)房，一樓則是電力房，這樣布局的原因是由于它功耗太大。雖然“地球模擬器”在可編程性和系統(tǒng)實(shí)用效率方面有所變革，但其極高的功耗和硬件成本，使得該機(jī)器成為邁向高效能計(jì)算的反面典型。

　　隨著體積急劇膨脹、功耗迅猛攀升，還出現(xiàn)了并行算法設(shè)計(jì)困難、通信存儲(chǔ)帶寬不足、運(yùn)行維護(hù)成本大大增加、系統(tǒng)可靠性差、安全性能低……

　　這一個(gè)個(gè)問題，都是難以攻克的技術(shù)瓶頸。

　　超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)再跨越，需要新的體系結(jié)構(gòu)理論來支撐。超級(jí)計(jì)算機(jī)純粹CPU超大規(guī)模并行計(jì)算技術(shù)路線，開始步入“冰封”時(shí)期。

　　這意味著在高性能計(jì)算機(jī)新的技術(shù)高峰面前，中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家的超級(jí)計(jì)算機(jī)發(fā)展，和美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家都處于同一起跑線，我國(guó)在超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域決戰(zhàn)決勝、沖擊“珠峰”的時(shí)機(jī)已經(jīng)來臨!

　　為超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)“破冰”的東風(fēng)是什么?

　　超級(jí)計(jì)算機(jī)發(fā)展之路在何方?

　　在超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的十字路口，有人在期待，有人在徘徊，有人在觀望，更多的人在躬身探索。

　　國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院大樓旁的銀河廣場(chǎng)上，一名身材魁梧、濃眉大眼、氣宇軒昂的中年軍人，時(shí)而慢慢踱步，時(shí)而駐足沉思，時(shí)而抬頭仰望一眼廣袤的太空。

　　他就是銀河系列超級(jí)計(jì)算機(jī)總設(shè)計(jì)師楊學(xué)軍教授。

　　楊學(xué)軍手上夾著香煙，一口接一口地抽著，一支接一支地點(diǎn)著。他的思緒，隨著緩緩?fù)鲁龅臒熿F，裊裊地飄向太空，飄向世界，飄向深邃的歷史……

　　在人類計(jì)算機(jī)發(fā)展史上，無論電子管計(jì)算機(jī)時(shí)代、晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代、集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代、向量計(jì)算機(jī)時(shí)代、并行計(jì)算機(jī)時(shí)代，還是大規(guī)模、超大規(guī)模并行計(jì)算機(jī)時(shí)代，為什么美國(guó)都能成為世界領(lǐng)跑者?

　　稍微留心考察一下便會(huì)發(fā)現(xiàn)，美國(guó)不僅研制成功世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)，而且在此后60多年幾乎獨(dú)占了計(jì)算機(jī)重大基礎(chǔ)創(chuàng)新或理論創(chuàng)新成果。電子管、晶體管、集成電路、芯片等計(jì)算機(jī)元器件，還有向量計(jì)算、并行計(jì)算、大規(guī)模并行計(jì)算等計(jì)算機(jī)總體結(jié)構(gòu)理論，特別是曾給人們對(duì)并行計(jì)算認(rèn)識(shí)帶來三次飛躍的三個(gè)公式：計(jì)算性能加速比公式、Gustafson加速比公式、計(jì)算機(jī)效能模型框架，無一不是美國(guó)科學(xué)家的發(fā)明。這一個(gè)個(gè)首創(chuàng)產(chǎn)生的推動(dòng)力，加上日益增長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用需求的牽引力，讓美國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)開創(chuàng)了一個(gè)個(gè)“新紀(jì)元”“新時(shí)代”，也一次次把美國(guó)推向世界計(jì)算機(jī)發(fā)展乃至整個(gè)世界科技的先鋒潮頭。

　　科技首創(chuàng)，尤其是重大基礎(chǔ)技術(shù)、基礎(chǔ)理論首創(chuàng)，是科技發(fā)展和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)大引擎。在它的牽引下，英國(guó)在18世紀(jì)開啟了近代工業(yè)革命，美國(guó)在19世紀(jì)初實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)強(qiáng)勢(shì)崛起，德國(guó)、日本在戰(zhàn)后迅速醫(yī)治戰(zhàn)敗創(chuàng)傷，重新躋身世界經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)……

　　新中國(guó)成立尤其是改革開放后，國(guó)家重視科學(xué)事業(yè)，技術(shù)進(jìn)步日新月異。但其源頭動(dòng)力大部分來自引進(jìn)，或是引進(jìn)后再創(chuàng)新，真正的技術(shù)首創(chuàng)，特別是引領(lǐng)世界科學(xué)前沿、支撐國(guó)家產(chǎn)業(yè)變革的重大基礎(chǔ)技術(shù)、基礎(chǔ)理論首創(chuàng)，與美國(guó)、日本及歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家相比，依然“鳳毛麟角”。

　　中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展始終處于“跟蹤”“追隨”狀態(tài)，總是比別人慢那么“一點(diǎn)點(diǎn)”的原因，也正是因?yàn)槭讋?chuàng)不足。

　　唯有突破首創(chuàng)性瓶頸，才能從制造大國(guó)邁向創(chuàng)造大國(guó)，才能真正實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興!

　　中國(guó)要在超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域由“跟蹤”“追隨”變?yōu)?ldquo;超越”“領(lǐng)跑”，必須在重大基礎(chǔ)技術(shù)、基礎(chǔ)理論上另辟蹊徑，在別人尚未涉足的荒草地上闖出一條新路!

　　在世界超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展面臨困境之時(shí)，中國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)家有責(zé)任、有義務(wù)為國(guó)家乃至為世界科技進(jìn)步作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)!

　　中國(guó)首次與世界首創(chuàng)

　　什么樣的體系結(jié)構(gòu)可以破除超大規(guī)模并行超級(jí)計(jì)算機(jī)面臨的“高大難”(功耗高、體積大、技術(shù)實(shí)現(xiàn)難)窘境呢?

　　經(jīng)過一番苦心思索、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)。

　　所謂異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)，就是在計(jì)算結(jié)點(diǎn)中包含兩種不同類型的處理器。一種是傳統(tǒng)通用處理器(CPU)，用來處理常規(guī)任務(wù)，另一種是專用定制處理器，用來處理特定算法，這種處理器經(jīng)過特別設(shè)計(jì)，處理特定算法時(shí)性能非常高，可以大大提升計(jì)算結(jié)點(diǎn)的整體性能。

　　可什么樣的處理器能充當(dāng)專用處理器、完成特定算法的使命呢?

　　這時(shí)，美國(guó)斯坦福大學(xué)計(jì)算機(jī)系主任的Bill Dally提出的一種流處理器Imagine進(jìn)入了楊學(xué)軍的視野。他憑著深厚的學(xué)術(shù)底蘊(yùn)和多年率團(tuán)攻關(guān)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，敏銳地意識(shí)到這種有著計(jì)算與訪存分離、顯式開發(fā)局部性等諸多創(chuàng)新思想的流處理器Imagine，是一種很有前景的體系結(jié)構(gòu)。他打算把它與CPU一起用于超級(jí)計(jì)算機(jī)。

　　可流處理器Imagine僅僅是一款研究性的原型芯片，一般也只用來處理流媒體相關(guān)的計(jì)算任務(wù)，究竟能不能用來處理科學(xué)與工程計(jì)算，還是個(gè)謎。

　　為找到這個(gè)謎底，2006年，楊學(xué)軍帶領(lǐng)由自己學(xué)生組成的流處理器小組及硬件、軟件設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，向用于科學(xué)計(jì)算流處理技術(shù)展開攻關(guān)。

　　將流處理器與科學(xué)計(jì)算隔離開來的關(guān)鍵技術(shù)難題主要有三個(gè)：如何設(shè)計(jì)世界上第一款面向科學(xué)計(jì)算的64位流處理器?如何在這個(gè)流處理器上重寫或改寫應(yīng)用程序?如何將這些應(yīng)用程序高效地映射到處理器上執(zhí)行?

　　這些問號(hào)，拽著楊學(xué)軍及其團(tuán)隊(duì)成員的思緒快速且不停歇地運(yùn)轉(zhuǎn)起來。

　　身兼行政領(lǐng)導(dǎo)、型號(hào)總師等數(shù)職的楊學(xué)軍，無論工作有多忙，每周都要抽出兩天時(shí)間與大家交流討論學(xué)術(shù)問題，而且常常因此錯(cuò)過吃飯時(shí)間。這時(shí)他就自掏腰包給大家改善伙食，在飯桌上邊吃邊繼續(xù)討論課題，經(jīng)常有意想不到的收獲。

　　平時(shí)，楊學(xué)軍和團(tuán)隊(duì)成員身上都帶著兩塊手機(jī)電池。一旦有新發(fā)現(xiàn)，就打電話交流討論，常常一打就是一兩個(gè)小時(shí)，打到兩塊電池都沒電，打得手機(jī)燙耳朵。

　　他們成功突破了體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、程序可流化理論構(gòu)建、異構(gòu)編程模型設(shè)計(jì)等一道道技術(shù)“高墻”，驗(yàn)證了流處理器用于高性能計(jì)算的可行性，提出了可用于科學(xué)與工程計(jì)算的64位流處理器FT64，并成功應(yīng)用于大規(guī)模并行系統(tǒng)的構(gòu)建。

　　這些研究成果，是名副其實(shí)的世界首創(chuàng)!

　　2007年6月，楊學(xué)軍帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)完成的流處理器研究論文《64位流處理器體系結(jié)構(gòu)研究》，發(fā)表在國(guó)際計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)年會(huì)(ISCA)上，并被國(guó)際權(quán)威期刊《IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems》錄取。該論文介紹了國(guó)防科技大學(xué)自主設(shè)計(jì)的面向科學(xué)計(jì)算的64位流處理器和其編程方法。IEEE TPDS 2009期刊轉(zhuǎn)載該論文時(shí)，團(tuán)隊(duì)又?jǐn)U充了基于依賴關(guān)系的流化理論，流編譯優(yōu)化方法，以及擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果。

　　這是國(guó)際計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)年會(huì)(ISCA)錄取的第一篇來自中國(guó)研究機(jī)構(gòu)、由中國(guó)學(xué)者獨(dú)立完成的學(xué)術(shù)論文，也是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上第一個(gè)由中國(guó)人提出的體系結(jié)構(gòu)理論。

　　論文發(fā)表后，在國(guó)內(nèi)外計(jì)算機(jī)領(lǐng)域引起轟動(dòng)。

　　流處理器技術(shù)先驅(qū)、美國(guó)斯坦福大學(xué)計(jì)算機(jī)系主任William Dally認(rèn)為：“該論文在面向科學(xué)計(jì)算的硬件設(shè)計(jì)上和編程方法的研究上為流處理器的發(fā)展取得了重要的進(jìn)步。”

　　美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院院士、美國(guó)工程院院士、NVIDIA公司首席科學(xué)家、原Stanford大學(xué)計(jì)算機(jī)系主任Bill Dally稱贊：“該論文實(shí)現(xiàn)了世界上第一款用于科學(xué)計(jì)算的流處理器。”

　　美國(guó)Wisconsin—Madison大學(xué)和Texas大學(xué)的學(xué)者在體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域頂級(jí)會(huì)議MICRO’2008上發(fā)表文章，稱楊學(xué)軍關(guān)于流處理器研究論文“描述了一個(gè)面向科學(xué)計(jì)算應(yīng)用的可擴(kuò)展的流處理器”。

　　CPU與64位流處理器異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)，為世界超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)突破“冰封期”提供了嶄新的思路。

 

　　“走鵑”打響決戰(zhàn)第一槍

 

　　楊學(xué)軍的《64位流處理器體系結(jié)構(gòu)研究》發(fā)表一年后，即2008年6月18日，美國(guó)突然宣布：IBM公司采用異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)技術(shù)成功研制出一臺(tái)峰值速度每秒1.37578千萬億次，Linpack測(cè)試性每秒1.026千萬億次的機(jī)器，并將其命名為“走鵑”。

　　“走鵑”由6480個(gè)AMD的Opteron處理器和12960個(gè)IBM cell處理器構(gòu)成，其中cell處理器就是一種專用處理器，它的計(jì)算性能非常高。“走鵑”充分體現(xiàn)了異構(gòu)并行技術(shù)的先進(jìn)性，不僅大幅提高了單個(gè)計(jì)算結(jié)點(diǎn)的性能，并大大降低了功耗，整個(gè)系統(tǒng)的規(guī)模也得到大幅縮減。

　　舉個(gè)例子，當(dāng)時(shí)和“走鵑”同處于國(guó)際TOP500排行榜前20名、位于美國(guó)勞倫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的BlueGene/L擁有65536個(gè)結(jié)點(diǎn)，IMB公司的另一臺(tái)BlueGene/P系統(tǒng)有73728個(gè)結(jié)點(diǎn)，而“走鵑”則只有3240個(gè)結(jié)點(diǎn)，只有前兩個(gè)系統(tǒng)的1/20。這得益于采用了cell加速器，使得“走鵑”單結(jié)點(diǎn)性能高達(dá)425GFlops，而BuleGene/L和BlueGene/P分別只有7.3和13Gflops。如此大幅度的結(jié)點(diǎn)規(guī)模縮減，使通信、存儲(chǔ)、編程、功耗等技術(shù)瓶頸一下子放寬了。

　　“走鵑”的巨大技術(shù)優(yōu)勢(shì)，引起了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界研究異構(gòu)融合計(jì)算的熱潮。

　　“走鵑”在異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域的捷足先登，打響了新一輪決戰(zhàn)的第一槍，世界強(qiáng)國(guó)在超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的較量正式拉開序幕!

　　21世紀(jì)的中國(guó)，別無選擇，唯有接招，準(zhǔn)備決戰(zhàn)!

　　黨的十六大向全黨、全國(guó)人民發(fā)出“建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家”偉大號(hào)召。

　　“東方雄獅”自從1949年站立起來，開始健步走向世界，尤其是1978年改革開放后，國(guó)家經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，21世紀(jì)初國(guó)家經(jīng)濟(jì)總量成功超越日本，成為世界第二大經(jīng)濟(jì)體，并繼續(xù)保持快速發(fā)展態(tài)勢(shì)，向世界經(jīng)濟(jì)霸主美國(guó)逼近。與此同時(shí)，國(guó)防、軍隊(duì)現(xiàn)代化信息化建設(shè)快馬加鞭、突飛猛進(jìn)。可以說，人民實(shí)現(xiàn)中華民族復(fù)興的愿望，從未像現(xiàn)在這樣急切，時(shí)機(jī)也從未像現(xiàn)在這樣成熟。

　　國(guó)家從“制造大國(guó)”向“創(chuàng)造王國(guó)”的飛躍、科技強(qiáng)軍的崇高使命、民族崛起的偉大夢(mèng)想，急需高性能計(jì)算這個(gè)寬闊堅(jiān)實(shí)的現(xiàn)代化平臺(tái)提供強(qiáng)大支撐、強(qiáng)力承載!

　　在超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)這個(gè)沒有硝煙的戰(zhàn)場(chǎng)上，中國(guó)人已經(jīng)被別人包圍得太久，忍受了太多的憋屈。東方巨龍期待騰飛!中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)事業(yè)必須跨越!

　　2007年初，中共中央總書記、國(guó)家主席、中央軍委主席胡錦濤聞知國(guó)防科技大學(xué)研制出新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)后批示：“希望同志們進(jìn)一步增強(qiáng)攀登世界科技高峰的信心和勇氣，不斷提高自主創(chuàng)新能力，努力在若干重要領(lǐng)域掌握一批核心技術(shù)，為推進(jìn)科技強(qiáng)軍、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家作出新的更大貢獻(xiàn)!”

　　黨中央的囑托，就是命令!就是使命!

　　面對(duì)世界強(qiáng)國(guó)咄咄逼人的攻勢(shì)，以楊學(xué)軍為代表的國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)人，沉著應(yīng)對(duì)，大膽迎戰(zhàn)。通過科學(xué)審時(shí)度勢(shì)，他們認(rèn)為國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院的超級(jí)計(jì)算機(jī)事業(yè)，通過銀河人半個(gè)世紀(jì)前仆后繼的艱辛努力，占領(lǐng)了一座座科技高峰，形成了自己的特色，擁有了厚實(shí)的積累，不僅掌握了下一代巨型主流技術(shù)——異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)核心技術(shù)，而且與世界強(qiáng)國(guó)展開決戰(zhàn)、搶占世界高峰的其他支撐技術(shù)條件也開始顯現(xiàn)。

 

　　超越之徑

 

　　2006年，國(guó)家推出“863”項(xiàng)目——“高速計(jì)算機(jī)及網(wǎng)格服務(wù)環(huán)境”建設(shè)，制定了“先研制兩臺(tái)每秒百萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)、再研制一臺(tái)每秒千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)”的“兩步走”戰(zhàn)略。

　　我國(guó)著名計(jì)算機(jī)制造商曙光公司、聯(lián)想公司啟動(dòng)“曙光500A”“深騰7000”兩臺(tái)每秒百萬億次機(jī)攻堅(jiān)之時(shí)，剛剛研制完成每秒10萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)的國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)不等、不靠上級(jí)下達(dá)任務(wù)，主動(dòng)把目光瞄準(zhǔn)每秒千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)，開始向這一目標(biāo)發(fā)起沖刺。

　　2007年召開的黨的十七大指出，要提高自主創(chuàng)新能力，建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家，加快建設(shè)國(guó)家創(chuàng)新體系，把掌握信息產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)作為發(fā)展我國(guó)科技戰(zhàn)略重點(diǎn)，并作出“建立和完善軍民結(jié)合、寓軍于民的武器裝備科研生產(chǎn)體系、軍隊(duì)人才培養(yǎng)體系和軍隊(duì)保障體系，走出一條中國(guó)特色軍民融合式發(fā)展路子”的戰(zhàn)略決策。

　　這年底，胡錦濤總書記在天津考察時(shí)提出，濱海新區(qū)要努力在貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)又好又快發(fā)展方面走在全國(guó)前列，在保障和改善民生、促進(jìn)社會(huì)和諧方面走在全國(guó)前列，成為深入貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的排頭兵。

　　為落實(shí)黨中央、胡錦濤總書記號(hào)召，天津市委市政府提出，濱海新區(qū)要充分發(fā)揮引擎作用、示范作用、服務(wù)作用、門戶作用、帶頭作用，堅(jiān)持改革開放帶動(dòng)、科技創(chuàng)新引領(lǐng)、高端產(chǎn)業(yè)支撐、服務(wù)能力提升、發(fā)展環(huán)境保障，走出一條科學(xué)發(fā)展、和諧發(fā)展、率先發(fā)展之路。

　　與此同時(shí)，國(guó)防科技大學(xué)黨委在深入學(xué)習(xí)黨十七大精神時(shí)認(rèn)識(shí)到，學(xué)校具備較強(qiáng)的辦學(xué)實(shí)力，承擔(dān)了一大批國(guó)防科研任務(wù)，取得了許多科研成果，有著較強(qiáng)的科技與人才優(yōu)勢(shì)，理應(yīng)為建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家作出更大貢獻(xiàn)，理應(yīng)率先走開軍民融合之路，為推動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供更大技術(shù)支持、人才支撐。

　　同樣的目標(biāo)、共同的愿望，將國(guó)防科技大學(xué)與天津?yàn)I海新區(qū)緊緊聯(lián)結(jié)在一起。雙方通過友好協(xié)商，于2007年2月簽署了全面科技合作協(xié)議。

　　雙方著眼國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，充分發(fā)揮天津市濱海新區(qū)作為國(guó)家綜合配套改革試驗(yàn)區(qū)的政策和資源優(yōu)勢(shì)，充分發(fā)揮國(guó)防科技大學(xué)的科技和人才優(yōu)勢(shì)，加大合作力度，加快科技創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化基地建設(shè)，積極爭(zhēng)取重大科技項(xiàng)目和國(guó)際前沿項(xiàng)目，大力提高自主創(chuàng)新能力，加快科技成果轉(zhuǎn)化步伐，實(shí)現(xiàn)互利共贏，在共同推進(jìn)創(chuàng)新型國(guó)家、信息化軍隊(duì)建設(shè)中實(shí)現(xiàn)共同發(fā)展。

　　雙方認(rèn)為，超算技術(shù)是關(guān)系國(guó)家安全和發(fā)展的高科技前沿技術(shù)，是國(guó)家經(jīng)濟(jì)、國(guó)防與科技實(shí)力的重要象征，應(yīng)集中兩家單位優(yōu)勢(shì)資源，為國(guó)家搶占超級(jí)計(jì)算機(jī)戰(zhàn)略技術(shù)制高點(diǎn)作貢獻(xiàn)。

　　為此，國(guó)防科技大學(xué)和天津共同啟動(dòng)“國(guó)家濱海超級(jí)計(jì)算中心”建設(shè)項(xiàng)目。通過聯(lián)合承擔(dān)“千萬億次高效能計(jì)算系統(tǒng)”研制，把該中心建成國(guó)家高性能計(jì)算應(yīng)用研發(fā)中心、大規(guī)模集成電路中心和基礎(chǔ)軟件工程中心，實(shí)現(xiàn)超算服務(wù)、技術(shù)研發(fā)、人才培養(yǎng)“三位一體”的信息產(chǎn)業(yè)集群。

　　不久，國(guó)防科技大學(xué)和天津?yàn)I海新區(qū)的創(chuàng)新之舉得到國(guó)家大力支持。國(guó)家“863”把“千萬億次高效能計(jì)算系統(tǒng)”列為重大專項(xiàng)。同時(shí)，“高性能通用微處理器”“高端服務(wù)器操作系統(tǒng)”也被納入國(guó)家“核高基”重大專項(xiàng)。

　　進(jìn)攻目標(biāo)鎖定后，攻擊路線就是關(guān)鍵。

　　兩年前，楊學(xué)軍帶領(lǐng)大伙探討64位流處理器Imagine時(shí)，他的腦海里就同時(shí)思考著另一種與之有著異曲同工之妙的電子芯片——GPU的科學(xué)計(jì)算問題。也就是說，研制每秒千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)可走既定的CPU+64位流處理器Imagine異構(gòu)融合技術(shù)路線、也可嘗試CPU(通用微處理器)+GPU(專用微處理器)異構(gòu)融合技術(shù)路線。

　　對(duì)于前者，團(tuán)隊(duì)已攻關(guān)多年，有著比較雄厚的技術(shù)積累，成功可能性比較大。而對(duì)后者，當(dāng)時(shí)國(guó)際上公認(rèn)GPU最高計(jì)算效能僅為20%，根本不可能用于研制超級(jí)計(jì)算機(jī)。

　　但使用GPU構(gòu)建超級(jí)計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)顯而易見：它運(yùn)算速度快，比CPU高出6倍，能有效縮小機(jī)器空間；它能耗低，僅有CPU的五分之一，可有效解決超級(jí)計(jì)算機(jī)高能耗短板；它在市場(chǎng)上流通的品種很多，可供選擇性大，而且技術(shù)成熟；它價(jià)格便宜，可有效提高機(jī)器的性價(jià)比，讓用戶用得起……

　　而將GPU用于超級(jí)計(jì)算機(jī)研制的劣勢(shì)，同樣不容忽視：它能否用于高性能計(jì)算機(jī)，還是個(gè)未知數(shù)，探索之路將非常艱難，而且風(fēng)險(xiǎn)很大。

　　以楊學(xué)軍為總設(shè)計(jì)師的總師組，經(jīng)過深入技術(shù)調(diào)研、反復(fù)權(quán)衡利弊，決定大膽嘗試CPU+GPU異構(gòu)融合技術(shù)之路。

　　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，他們的這一超常決策，在業(yè)內(nèi)引起一片嘩然。

　　“研制超級(jí)計(jì)算機(jī)一般都以10倍速度逐步遞增，這已成為國(guó)際貫例。從每秒10萬億次直接向每秒1000萬億次跨越，這一步是不是邁得大了點(diǎn)?能跨過去嗎?”

　　“就是把機(jī)器做出來了，應(yīng)用水平能跟上嗎?”

　　“GPU能否用于高性能計(jì)算還是個(gè)謎，用它研制超級(jí)計(jì)算機(jī)，這是不是太冒險(xiǎn)了?”

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　　面對(duì)沸沸揚(yáng)揚(yáng)的疑問，楊學(xué)軍率領(lǐng)的總師組認(rèn)為，兩步并作一步走的事，雖然國(guó)際上少有，但對(duì)銀河人來說卻并不是什么新鮮事。當(dāng)年慈云桂帶領(lǐng)大家研制“遠(yuǎn)望一號(hào)”遠(yuǎn)洋測(cè)量船中心計(jì)算機(jī)時(shí)，不也是從每秒萬次直接向每秒100萬次沖刺的嘛。當(dāng)今世界，超級(jí)計(jì)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、亦步亦趨，只能永遠(yuǎn)處于“跟班”“借鑒”“仰人鼻息”的被動(dòng)局面。只有從荊棘叢中、險(xiǎn)關(guān)狹隘另辟蹊徑，才能殺出重圍，率先“登頂”。至于用于圖像處理的GPU能否用于科學(xué)計(jì)算，楊學(xué)軍堅(jiān)定地認(rèn)為，憑著團(tuán)隊(duì)數(shù)十年超級(jí)計(jì)算機(jī)教學(xué)科研積淀的厚實(shí)底蘊(yùn)，和對(duì)64位流處理器研究取得的創(chuàng)新成果、技術(shù)基礎(chǔ)，定能觸類旁通，攻克GPU計(jì)算效能這一世界難題。

　　國(guó)防科技大學(xué)黨委積極支持他們的跨越壯舉，向創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)出了“我們的胸懷有多寬，我們的事業(yè)就有多大”的動(dòng)員令，鼓勵(lì)大家確立決戰(zhàn)決心，堅(jiān)定決勝信心。

　　以鄒鵬為院長(zhǎng)、周建設(shè)為政委的學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)班子，在學(xué)校黨委領(lǐng)導(dǎo)下，根據(jù)任務(wù)需求，把學(xué)院高性能計(jì)算、高性能微處理、基礎(chǔ)軟件、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)等國(guó)家創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)進(jìn)行有機(jī)組合，編成了一支超級(jí)計(jì)算機(jī)創(chuàng)新“航母艦隊(duì)”。

　　動(dòng)員大會(huì)上，學(xué)院黨委書記、政委周建設(shè)擲地有聲地說：“我們銀河團(tuán)隊(duì)，從來就是一支勇于拼搏、敢于擔(dān)當(dāng)?shù)膱F(tuán)隊(duì)，為國(guó)家振興、為民族崛起、為軍隊(duì)現(xiàn)代化，要敢走別人沒有走過的路，勇于從艱難險(xiǎn)阻中闖出一條新路。我們學(xué)院黨委永遠(yuǎn)都是大家的堅(jiān)強(qiáng)后盾。成功了，榮譽(yù)屬于國(guó)家、屬于人民軍隊(duì)、屬于你們!失敗了，責(zé)任由院黨委負(fù)，由我這個(gè)黨委書記負(fù)!”

　　帶著國(guó)家重托、民族期望，國(guó)防科技大學(xué)超級(jí)計(jì)算機(jī)創(chuàng)新“航母編隊(duì)”，浩浩蕩蕩向著新的技術(shù)彼岸進(jìn)發(fā)!

 

　　撕開突破口

 

　　CPU+GPU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”( CPU相當(dāng)于主改動(dòng)機(jī)、GPU相當(dāng)于助推改動(dòng)機(jī))。

　　根據(jù)這一原理，總師組創(chuàng)造性地把超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分為計(jì)算機(jī)陣列、加速陣列、服務(wù)陣列，通過CPU、GPU異構(gòu)協(xié)同計(jì)算，最大限度地提高計(jì)算效能、降低能耗、減少費(fèi)用、加快速度。

　　這一技術(shù)路線的最大創(chuàng)新，就是將用于圖像處理的GPU運(yùn)用于高性能計(jì)算，最大的挑戰(zhàn)就是實(shí)現(xiàn)GPU高效能計(jì)算。它成為阻擋每秒千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)戰(zhàn)役進(jìn)展的第一個(gè)“堡壘”。

　　2008年底，以楊學(xué)軍為總設(shè)計(jì)師的總師組，把撕開“突破口”的重任交給楊燦群和他帶領(lǐng)的突擊隊(duì)。

　　經(jīng)過10余年科研實(shí)踐歷練的楊燦群，對(duì)于自己的工作有個(gè)非常精妙的比喻：“搞工程技術(shù)，就像猜謎語。謎底出來了，大家恍然大悟：‘原來并不深?yuàn)W’，可在此之前，你的眼前卻是一片云山霧海，你不知道目標(biāo)在哪里，甚至不知道該朝哪個(gè)方向?qū)ふ?，可以說兩眼迷茫。”

　　GPU的科學(xué)計(jì)算問題便是這樣一道謎語。

　　當(dāng)時(shí)，市場(chǎng)上宣稱有通用計(jì)算能力的GPU有兩種，分別由NVIDIA與AMD生產(chǎn)，每種GPU都有多個(gè)型號(hào)。單獨(dú)的GPU只是一顆芯片，需要和配套的存儲(chǔ)器及外圍電路構(gòu)成顯卡才能使用，生產(chǎn)此類顯卡的廠商有好幾家，市場(chǎng)上可購(gòu)買的計(jì)算顯卡就有近20種。這林林總總的顯卡中，哪款能滿足科學(xué)計(jì)算要求?楊燦群和突擊隊(duì)員兩眼一抹黑。

　　為從這眾多顯卡中找到雙精度浮點(diǎn)計(jì)算性能高、系統(tǒng)兼容性好、運(yùn)行穩(wěn)定的顯卡，楊燦群帶領(lǐng)突擊隊(duì)從2009年初開始夜以繼日地進(jìn)行大海撈針般的篩選工作。

　　春節(jié)前一周，他們把一種顯卡安裝到一款主機(jī)板上測(cè)試，但軟件系統(tǒng)安裝完成后，系統(tǒng)無法啟動(dòng)。他們首先懷疑是硬件問題，但硬件技術(shù)人員堅(jiān)稱該主板質(zhì)量非常過硬。他們便從軟件找原因，但嘗試不同版本操作系統(tǒng)和顯卡驅(qū)動(dòng)后，問題依然如故。為了找到問題癥結(jié)，他們?cè)诖汗?jié)期間加班加點(diǎn)。大年初四那天，他們不經(jīng)意間在主板上發(fā)現(xiàn)有個(gè)模糊標(biāo)識(shí)，稱該主板有啟動(dòng)異常故障，維修后也沒有確認(rèn)故障是否徹底解決，弄得大家哭笑不得。

　　還有一種顯卡含兩個(gè)GPU芯片，其驅(qū)動(dòng)程序要求接上兩個(gè)顯示器才能讓兩個(gè)GPU同時(shí)工作，這顯然不能滿足科學(xué)計(jì)算的要求，因?yàn)椴豢赡茉谝慌_(tái)計(jì)算機(jī)里安裝一大堆顯示器。他們通過查閱資料發(fā)現(xiàn)，可在顯卡輸出接上電阻來模擬顯示器。為找到這種電阻，他們從塵封了上十年的器件柜中找出了幾個(gè)滿足要求的插裝電阻，解決了測(cè)試問題。

　　……

　　兩個(gè)月間，他們不知經(jīng)歷了多少這樣的曲曲折折，才完成了近20款GPU的安裝、測(cè)試，終于找到了滿足計(jì)算條件的GPU。

　　中國(guó)有一句諺語：“一個(gè)和尚挑水喝，兩個(gè)和尚抬水喝，三個(gè)和尚沒水喝。”

　　CPU+GPU異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)，把數(shù)千個(gè)CPU、數(shù)千個(gè)GPU組合在一個(gè)“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，利用GPU加速應(yīng)用程序進(jìn)行評(píng)測(cè)，竟發(fā)現(xiàn)總性能還不到每秒600億次，而一顆CPU就有近每秒500億次的性能。也就是說GPU這個(gè)“和尚”，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(jì)算，就變得非常懶惰，計(jì)算效能只有20%左右。

　　面對(duì)這樣的測(cè)試結(jié)果，大家心里涼了半截。須知，憑著GPU這等工作效率要造出每秒千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)，豈不是天方夜譚?難道真如外國(guó)專家斷定的，GPU根本不能用于科學(xué)計(jì)算機(jī)嗎?

　　總設(shè)計(jì)師楊學(xué)軍得到報(bào)告后，在第一時(shí)間趕到實(shí)驗(yàn)室。聽完情況匯報(bào)后，他向身邊的妻子招招手：“玉華，你去把車開來，帶我出去轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。”

　　這是他的工作習(xí)慣，每凡科研遇到難題時(shí)，就讓妻子開車帶他去兜風(fēng)。

　　“雪弗萊”駛出市區(qū)，奔馳在二環(huán)高速公路上。楊學(xué)軍仰靠著座背，微閉著眼睛，讓思緒隨著從車旁呼嘯而過的春風(fēng)、撲面而來又疾速閃去的盎然春景，在科學(xué)的天地的盤旋……

　　“雪弗萊”駛出高速收費(fèi)站時(shí)，楊學(xué)軍掏出手機(jī)，撥通了楊燦群的號(hào)碼，堅(jiān)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(jì)算性能，通過軟件優(yōu)化，是可以大幅提高的……”

　　周建設(shè)來到實(shí)驗(yàn)給大家鼓勁：“發(fā)揚(yáng)敢闖敢干、頑強(qiáng)拼搏的銀河精神，沖破艱難險(xiǎn)阻，創(chuàng)造銀河事業(yè)新的輝煌!”

　　學(xué)校召開每秒千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)工程攻堅(jiān)動(dòng)員大會(huì)。學(xué)校、學(xué)院黨委向大家發(fā)出號(hào)召：“勇敢地?fù)?dān)當(dāng)起國(guó)家和民族沖擊世界超級(jí)計(jì)算機(jī)科技高峰的歷史重任，在年底前堅(jiān)決完成每秒千萬億次計(jì)算機(jī)攻關(guān)任務(wù)，讓銀河的凱歌在神州大地上奏響，讓銀河的光彩再一次閃亮寰球!”

　　關(guān)鍵時(shí)刻，經(jīng)學(xué)校黨委推薦、中央軍委主席胡錦濤任命廖湘科為計(jì)算機(jī)學(xué)院院長(zhǎng)，同時(shí)兼任每秒千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)工程總指揮和常務(wù)副總師。

　　挫折面前，楊學(xué)軍總師、廖湘科總指揮一商量，竟作出這樣一個(gè)超常決策：把完成研制任務(wù)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，由原計(jì)劃2010年底提前一年，即在2009年底前推出中國(guó)第一臺(tái)每秒千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)。

　　決定一宣布，把一些人的眼睛驚得圓圓的：“關(guān)鍵技術(shù)尚未突破，還提前一年完成任務(wù)，能行嗎?”

　　可新一代銀河人對(duì)自己充滿自信：“當(dāng)年研制‘銀河—Ⅰ’時(shí)，困難還不大嗎?可前輩們頑強(qiáng)拼搏，愣是提前一年完成任務(wù)。還有‘銀河—Ⅲ’，原計(jì)劃用五年，大家齊心協(xié)力，爭(zhēng)分奪秒，僅用三年就實(shí)現(xiàn)了每秒10億次到每秒100億次的大跨越。前輩們能做到的，我們也一定能做到!”

　　在楊學(xué)軍、廖湘科率領(lǐng)下，國(guó)防科技大學(xué)超級(jí)計(jì)算機(jī)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，拉開了每秒千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)戰(zhàn)役總攻的序幕。

　　長(zhǎng)沙北郊的湘江之畔，有一片群山環(huán)抱的洼地，山上草木郁郁蔥蔥，山下坐落著一棟三層小樓。這是長(zhǎng)沙市抗洪指揮部所在地。由于汛期未至，這里鳥兒啁啾，人跡稀少，煞是幽靜。

　　楊燦群和他的突擊隊(duì)，把這里當(dāng)作攻堅(jiān)的戰(zhàn)場(chǎng)。他們整天貓?jiān)谛抢?，心里只想一件事，就是想方設(shè)法調(diào)動(dòng)GPU這群“和尚”的積極性，讓他們多“挑水”，爭(zhēng)取“1+1”盡量接近“2”。眼睛也只盯著一個(gè)地方——顯示屏，從那些不停滾動(dòng)的浩如煙海的數(shù)據(jù)中，尋找一個(gè)個(gè)稍縱即逝的靈感，捕捉一次次優(yōu)化GPU計(jì)算效能的機(jī)遇，然后對(duì)計(jì)算程序進(jìn)行一遍又一遍的修改。

　　那周，楊燦群與伙伴們和往常一樣，從早上7點(diǎn)盯到午夜，從周一盯到周五，竟然沒有發(fā)現(xiàn)一次戰(zhàn)機(jī)，沒有取得任何戰(zhàn)果。

　　連續(xù)鏖戰(zhàn)數(shù)日，早已筋疲力盡的楊燦群，躺在床上輾轉(zhuǎn)反側(cè)，難以入眠。他于心不甘。往常從周一到周五，都能找到性能優(yōu)化突破口，可在周末時(shí)間研究?jī)?yōu)化方法。那些數(shù)據(jù)猶如一群蜜蜂，在眼前不停地竄來竄去。閉上眼睛，滿腦子還是那些波濤般滾動(dòng)的數(shù)據(jù)。

　　突然，他隱隱覺得眼簾上滾動(dòng)的一些數(shù)據(jù)低于設(shè)計(jì)目標(biāo)。他一骨碌從床上爬起來，從家里跑到辦公室，打開與服務(wù)器相連的筆記本電腦，進(jìn)入試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，果然發(fā)現(xiàn)GPU一部分計(jì)算資源沒有用起來。興奮難抑的楊燦群，立刻著手程序優(yōu)化，GPU計(jì)算性能又一次提升。當(dāng)他改完程序起身打開房門時(shí)，只見太陽早已爬上山頂，露出了燦爛的笑臉，小鳥在樹林里歡快舞蹈、清脆鳴唱。

　　類似這樣的優(yōu)化改進(jìn)，他們?cè)趦蓚€(gè)月里進(jìn)行了一萬多次，終于把GPU計(jì)算效能提升到58%。

　　這充分驗(yàn)證CPU+GPU異構(gòu)融合技術(shù)是科學(xué)可行的!

　　楊燦群帶領(lǐng)突擊隊(duì)乘勝擴(kuò)大戰(zhàn)果，不分晝夜反復(fù)測(cè)試、研討、改進(jìn)。雖然每一次提升都如同滴水般微小，但把它們匯集起來，就能創(chuàng)造科學(xué)奇跡。在連續(xù)奮戰(zhàn)四個(gè)月，先后改進(jìn)優(yōu)化8萬余次之后GPU計(jì)算效能躍升至70%以上，達(dá)到世界最高水平!

 

　　全線出擊

 

　　美國(guó)計(jì)算機(jī)天才西摩·克雷說：“可以造出一個(gè)速度快的CPU，卻很難造出一個(gè)速度快的系統(tǒng)。”

　　“世界巨型機(jī)之父”這句名言，在中國(guó)第一臺(tái)每秒千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)研制中再一次應(yīng)驗(yàn)了。

　　2009年7月，他們按照CPU+GPU體系結(jié)構(gòu)技術(shù)構(gòu)建了幾個(gè)機(jī)柜的系統(tǒng)，結(jié)果試運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間很難超過半個(gè)小時(shí)。這是為什么?

　　通過初步分析，大家認(rèn)為問題還是出在GPU身上。GPU用于科學(xué)計(jì)算，除了計(jì)算效率問題外，還有一個(gè)相關(guān)技術(shù)非常重要，那就是GPU的穩(wěn)定性。GPU用于圖形處理，其計(jì)算負(fù)載與通用計(jì)算存在較大差異。尤其是GPU實(shí)際性能發(fā)揮出來后，各部件進(jìn)入重負(fù)載狀態(tài)，功耗提高，散熱要求高，各器件的穩(wěn)定性下降。當(dāng)系統(tǒng)中使用的GPU數(shù)量多了，系統(tǒng)平均無故障時(shí)間也會(huì)隨之下降。

　　這個(gè)問題不解決，CPU+GPU異構(gòu)融合之路同樣是條“死胡同”。

　　提高GPU工作穩(wěn)定性問題，再次成為楊燦群和他的突擊隊(duì)亟待解開的新“謎語”。

　　他們首先使用篩選法對(duì)眾多GPU逐一進(jìn)行壓力測(cè)試，找出那些運(yùn)行穩(wěn)定的GPU。結(jié)果不理想，系統(tǒng)穩(wěn)定性雖然有所提高，但與系統(tǒng)穩(wěn)定性要求相去甚遠(yuǎn)。

　　他們仿佛陷入了迷魂陣，四周迷霧茫茫，不知方向在哪里、出路在哪里。但他們始終堅(jiān)信，黑夜再漫長(zhǎng)，曙光總會(huì)出現(xiàn)。

　　在艱苦探索中，“八一”節(jié)到了，單位組織會(huì)餐。楊燦群對(duì)戰(zhàn)友們說：“走，喝兩杯去，醒醒腦。”但到了餐桌上，到底喝了什么酒、吃了哪些菜，并沒留下什么印象。因?yàn)樵诔燥埡染茣r(shí)，他們腦袋里依然轉(zhuǎn)的是GPU工作穩(wěn)定性問題。幾個(gè)人一放下碗筷又直接回到機(jī)房，一頭扎進(jìn)浩如煙海的GPU技術(shù)資料里，苦苦尋找破解迷霧的那一縷曙光。又是連續(xù)幾天吃住在機(jī)房……

　　8月4日上午，網(wǎng)上一個(gè)曾瀏覽過的有關(guān)GPU超頻提高性能的帖子突然浮現(xiàn)在楊燦群腦海。帖子上說，GPU超頻可以提高性能，但會(huì)導(dǎo)致GPU運(yùn)行不穩(wěn)定，甚至系統(tǒng)黑屏。

　　楊燦群突發(fā)奇想，按照逆向思維，如果選用的GPU具有調(diào)頻功能，讓GPU降頻不就可以提高它的穩(wěn)定性嗎?

　　天隨人意，拿過使用的那款GPU一看，恰恰具備調(diào)頻功能。大家趕緊對(duì)它進(jìn)行降頻處理。結(jié)果GPU穩(wěn)定性問題終于迎刃而解。

　　GPU計(jì)算效能、穩(wěn)定性關(guān)鍵技術(shù)探索艱難曲折，其他關(guān)鍵技術(shù)攻堅(jiān)也跌宕起伏、步步驚心。

　　超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)每秒運(yùn)算千億次，不僅要求CPU、GPU“算得快”，而且要求有一個(gè)快捷通暢的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，讓各種信息“跑得快”。

　　2008年10月，蘇金樹帶領(lǐng)大伙受領(lǐng)的某新型交換機(jī)項(xiàng)目，是每秒千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的“立交橋”，直接決定著網(wǎng)絡(luò)通信速度。通過深入調(diào)研、嚴(yán)密論證，他們提出正交系統(tǒng)互連方案，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，設(shè)計(jì)難度、制造工藝要求、研制和生產(chǎn)成本大幅降低。

　　但通過互聯(lián)網(wǎng)將正交互連方案和芯片制造商美國(guó)技術(shù)工程師交流后，遭到堅(jiān)決反對(duì)，對(duì)方在三封郵件和四次電話會(huì)議中反復(fù)強(qiáng)調(diào)：

　　一、他們也研究過正交互連，也進(jìn)行過正交互連結(jié)構(gòu)條件下的仿真、實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，結(jié)論是：信號(hào)傳輸損耗大，阻抗不連續(xù)，不能滿足該型交換機(jī)信號(hào)傳輸要求。

　　二、該型交換機(jī)設(shè)計(jì)非常困難，他們用了兩年多時(shí)間才完成，沒有他們的技術(shù)支持，不可能成功。

　　三、如果堅(jiān)持正交互連方案，他們將不給予正確的技術(shù)支持。

　　四、如果堅(jiān)持正交互連方案，必以失敗告終。

　　研制工作一開始就陷入兩難境地。如果堅(jiān)持走自己的設(shè)計(jì)路線，需要一切從頭探索，創(chuàng)新難度大，風(fēng)險(xiǎn)高；如果改方案，完全按美國(guó)人提供的方案搞，成功有把握，但沒有自己的特色，沒有創(chuàng)新，沒有優(yōu)勢(shì)。

　　從來就不迷信和崇拜別人的銀河人堅(jiān)定地選擇了前者。他們堅(jiān)信沒有美國(guó)人的技術(shù)支持，中國(guó)人照樣把新型交換機(jī)搞出來。他們說，20世紀(jì)60年代，蘇聯(lián)撤走專家，中國(guó)照樣搞出了原子彈!90年代，英國(guó)撤走汽車專家，中國(guó)照樣搞出了小汽車。很多事實(shí)已經(jīng)證明，死了“張屠夫”，中國(guó)人照樣不吃“帶毛豬”。

　　他們通過兩個(gè)多月夜以繼日的仿真和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在正交互連條件下，美國(guó)人的試驗(yàn)方案和設(shè)計(jì)規(guī)范，確實(shí)不能滿足某新型交換機(jī)信號(hào)的傳輸要求。但深入研究了信號(hào)完整性方面的相關(guān)理論和技術(shù)及美國(guó)人的設(shè)計(jì)規(guī)范后，終于發(fā)現(xiàn)他們所使用的矩形反焊盤，是導(dǎo)致信號(hào)傳輸損耗大和傳輸阻抗不連續(xù)的主要原因。針對(duì)該薄弱環(huán)節(jié)，他們發(fā)明了跑道式和啞鈴式反焊盤，通過三個(gè)多月反復(fù)迭代仿真，得到全面設(shè)計(jì)規(guī)范，關(guān)鍵的眼圖技術(shù)參數(shù)達(dá)到60ps，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于美國(guó)人的35ps。

　　僅用10個(gè)月時(shí)間，他們就研制完成新型交換機(jī)。實(shí)測(cè)技術(shù)指標(biāo)大大超過同類系統(tǒng)，而成本是同類同規(guī)模產(chǎn)品的80%。

　　高速互聯(lián)網(wǎng)上交換芯片、接口芯片測(cè)試，也經(jīng)歷了一番迂回坎坷。

　　研制小組經(jīng)過半年多連續(xù)奮戰(zhàn)，完成邏輯設(shè)計(jì)和軟硬件模擬時(shí)，離芯片最后投片期限只有3天了。

　　大家把最后版本的邏輯設(shè)計(jì)都綜合在FPGA測(cè)試軟件中，準(zhǔn)備進(jìn)行最后完全測(cè)試。這也是研制工作關(guān)鍵點(diǎn)之一，如果通過了，那就萬事大吉；如果卡了殼，那就前功盡棄。

　　測(cè)試程序啟動(dòng)后，大伙都把眼睛睜得圓圓的，緊緊盯著屏幕。突然，那些歡快滾動(dòng)的數(shù)據(jù)一下撞到墻上似的，一動(dòng)不動(dòng)了。

　　大伙心里一沉，這是怎么回事?

　　趕緊檢查外圍，發(fā)現(xiàn)光纖好好的。

　　檢查服務(wù)器，服務(wù)器也活著。

　　查看交換機(jī)，交換機(jī)也有電。

　　又查以太網(wǎng)，也是工作正常。

　　最后，大家抱著試試看的想法，讓它從頭開始運(yùn)行。那些數(shù)據(jù)又開始滾動(dòng)起來，可幾分鐘后，又故態(tài)重萌，躺著不動(dòng)了。

　　死鎖!大家一下子都急出一頭冷汗。要解開這把死鎖，首先必須查明它“死”在哪里。

　　查因的突破口首先選在測(cè)試試題與測(cè)試模式結(jié)合部。負(fù)責(zé)測(cè)試操作的劉路和設(shè)計(jì)測(cè)試題的謝閔，由于年輕氣盛，加之急火攻心，兩人一碰頭便“吵”了起來。

　　謝閔正忙著測(cè)試另一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序，劈頭便問劉路：“我那邊正忙呢，你叫我干什么?”

　　劉路說：“把所有測(cè)試題都加進(jìn)去跑，運(yùn)行一會(huì)兒就死鎖了，會(huì)不會(huì)是你編的測(cè)試題不能一起跑?”

　　謝閔說：“不可能，單個(gè)題能跑，混合在一起跑不會(huì)有影響。”

　　劉路說：“那不一定吧，單個(gè)跑和混在一起跑，能一樣嗎?”

　　謝閔說：“你放心，我所有的題都內(nèi)部做了流控，絕不會(huì)出現(xiàn)相互擁擠現(xiàn)象。”

　　劉路說：“別的題單獨(dú)跑沒問題，說明硬件沒問題。偏偏跑你的題死鎖，不是你的題有問題，是什么?”

　　謝閔說“我還懷疑你們的測(cè)試模式有問題呢!”

　　沉默一陣，兩人幾乎同時(shí)朝對(duì)方擺擺手說：“咱們?cè)贍?zhēng)是浪費(fèi)時(shí)間。”兩人商定按老規(guī)矩，都去自查原因，自證清白，再合作解決。

　　研究室領(lǐng)導(dǎo)帶著大家忙了一個(gè)晝夜，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)測(cè)試題和測(cè)試模式都沒問題。

　　難道是接口芯片出問題了?大家將所有接口芯片統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)器的值讀出，結(jié)果四個(gè)接口芯片流出的數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)恰好等于四個(gè)接口芯片流入的數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)，這說明正常呀。

　　他們不得不把懷疑的目光移向交換芯片。要是在這最后時(shí)刻發(fā)現(xiàn)它有問題，后果不堪設(shè)想呀。就在大家都懸著一顆心，緊鑼密鼓苦讀代碼時(shí)，卻意外地從測(cè)試用的FPGA版本上發(fā)現(xiàn)了疑點(diǎn)。

　　把FPGA版本進(jìn)行更新再運(yùn)行時(shí)，那些數(shù)據(jù)終于又快樂地跳躍起來。兩種芯片都按時(shí)一次投片成功。

　　大伙擦去額頭上的汗珠，輕松地吁了口氣：“要是再查不出原因，耽誤了投片，拖了工程后腿，我們可沒法向黨和人民交代呀。”

　　在大家艱難曲折、鍥而不舍的攻堅(jiān)中，各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)相繼突破。

　　銀河麒麟操作系統(tǒng)?；A(chǔ)軟件創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)針對(duì)每秒千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)需求，在麒麟操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上改造升級(jí)，研制出支持異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)、突破64位多核多線微處理器體系結(jié)構(gòu)與SoC架構(gòu)支持、支持基于高階路由的高速互聯(lián)通信、提供多級(jí)并行編譯優(yōu)化支持和高性能虛擬計(jì)算域管理能力、基于軟硬一體的低功耗控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一體化能耗管理框架的銀河麒麟操作系統(tǒng)。它是純粹的“中國(guó)制造”，是國(guó)內(nèi)安全級(jí)別最高的操作系統(tǒng)。

　　基于高階路由的高速互聯(lián)通信。突破了片上高階網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)技術(shù)，自主設(shè)計(jì)了高效通信協(xié)議、高階瓦片式(Tile)片上交換網(wǎng)絡(luò)和高密度片間互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，使鏈路雙向通信帶寬達(dá)到160Gbps、單背板交換密度達(dá)到61.44Tbps，分別為當(dāng)時(shí)國(guó)際主流商用互連IB QDR的2倍和2.37倍。

　　多級(jí)并行編譯優(yōu)化。設(shè)計(jì)了優(yōu)化資源利用的多核多線調(diào)度機(jī)制、多級(jí)并行動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡算法、全程序過程間分析等編譯算法，高效支撐JASMIN編程框架，實(shí)現(xiàn)易用高效的應(yīng)用編程與運(yùn)行。

　　高性能虛擬計(jì)算域。突破了高效用戶容器技術(shù)、負(fù)載均衡技術(shù)和虛擬化網(wǎng)絡(luò)終端技術(shù)，創(chuàng)新地在高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了安全隔離和可定制用戶環(huán)境功能，有效提升了安全性和易用性。

　　軟硬一體的低功耗控制。設(shè)計(jì)了一體化能耗管理框架，通過監(jiān)控系統(tǒng)自反饋冷卻調(diào)節(jié)、處理器調(diào)頻調(diào)壓和自適應(yīng)結(jié)點(diǎn)能耗狀態(tài)轉(zhuǎn)換等方法，有效降低了系統(tǒng)運(yùn)行功耗。

　　……

　　2009年國(guó)慶節(jié)來臨前夕，每秒千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)一期系統(tǒng)安裝完畢。這時(shí)，從芯片市場(chǎng)傳來一個(gè)喜訊，一款性能更高的新款GPU上市了!這對(duì)于正與世界強(qiáng)國(guó)決戰(zhàn)的銀河人來說，就像在國(guó)際足球賽中的前鋒面前突然出現(xiàn)了空門，讓大家興奮到狂喜。

　　但這“臨門一腳”并不好踢：一是離任務(wù)節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)月了，而更換GPU必須先拆再裝，整個(gè)系統(tǒng)有2560多個(gè)節(jié)點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)完成更換GPU的工作通常需要半個(gè)月左右。而且更換了新GPU之后，就必須對(duì)原先的軟件優(yōu)化措施加以改進(jìn)，能按時(shí)完成任務(wù)嗎?

　　總師楊學(xué)軍把一線攻關(guān)團(tuán)隊(duì)集合起來，大聲問大家：“這新款GPU，我們上不上?”

　　大家異口同聲：“上!上!上!”

　　“按時(shí)完成黨和國(guó)家交給我們的任務(wù)，有沒有信心!”

　　“保證完成任務(wù)!”

　　國(guó)慶節(jié)來臨了，最后的突擊開始了。測(cè)試篩選、拆卸安裝GPU，是個(gè)體力活。團(tuán)隊(duì)全體人員，男女老少齊上陣，三天三夜，誰也沒合過一下眼，終于完成數(shù)以千計(jì)的GPU更換工作。

　　任務(wù)完成后，楊學(xué)軍再次把大家集合起來，看著大家一雙雙貼滿創(chuàng)可貼的手，熬得通紅通紅的一雙雙眼睛，他的眼睛也紅了。

　　2010年11月18日，國(guó)際超級(jí)計(jì)算大會(huì)在美國(guó)西部城市波特蘭舉行，國(guó)際TOP500在大會(huì)上發(fā)布第34屆國(guó)際500強(qiáng)排行榜時(shí)，立刻引起一片驚嘆。

　　此屆榜單，爆出兩大新聞。一是被稱為超級(jí)計(jì)算“老祖宗”的美國(guó)Cray公司，終于憑借峰值速度達(dá)每秒2331萬億次、實(shí)測(cè)性能達(dá)每秒1759萬億次的“美洲虎”，取代了長(zhǎng)期霸居榜首的IBM公司，一舉拔得頭籌。二是“天河一號(hào)”奪得世界第五，不僅是中國(guó)機(jī)器在TOP500排名中的最好成績(jī)，而且名次較此前實(shí)現(xiàn)了大幅飆升。

　　“天河一號(hào)”總師楊學(xué)軍收到大洋彼岸打來的報(bào)喜電話，只是淡淡一笑，輕輕“哦”了一聲，便放下了手機(jī)。自從加入銀河人行列，尤其是接過銀河事業(yè)帥旗以來，他帶領(lǐng)大伙在超級(jí)計(jì)算機(jī)前沿陣地沖鋒陷陣，屢克難關(guān)，碩果累累，曾獲得國(guó)防科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)、一等獎(jiǎng)，國(guó)家教學(xué)成果一等獎(jiǎng)，國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)，軍隊(duì)專業(yè)技術(shù)重大貢獻(xiàn)獎(jiǎng)，國(guó)家杰出青年科學(xué)基金、創(chuàng)新研究群體科學(xué)基金，榮立一等功。每次得知喜訊，或收到獎(jiǎng)狀、獎(jiǎng)?wù)?，他都是這般一笑而過。在他腦海里，完成一個(gè)項(xiàng)目、攻克一個(gè)難題、取得一個(gè)成果，無論影響有多大，都像他母親所說的“又做了一件事情”而已。

　　要說得到喜訊，與過去有什么不同，就是他忽然感覺非常疲倦。自從“天河一號(hào)”工程啟動(dòng)后，身為工程總設(shè)計(jì)師，他既要處理行政事務(wù)，又要謀劃工程進(jìn)展，還要深入科研一線指導(dǎo)攻關(guān)，整天腦子繃得像根弦、身子忙得似飛轉(zhuǎn)的陀螺，根本感覺不到疲勞，甚至不知什么是饑餓。

　　他往床上一倒，便進(jìn)入甜蜜的夢(mèng)鄉(xiāng)。睜開眼睛時(shí)，他看到玻璃窗上映著一方金色陽光，一只小鳥站在窗外的枝頭上“啾啾”歡叫。

　　他揉了揉眼睛，問在大廳里忙碌的妻子：“玉華，幾點(diǎn)了?”

　　妻子說：“快八點(diǎn)了。”

　　“今天幾號(hào)?”

　　“20號(hào)，你足足睡了兩天呢。”

　　楊學(xué)軍愜意地舒展一下胳膊，吃過妻子備好的早點(diǎn)，然后來到銀河廣場(chǎng)，像往常那樣點(diǎn)上一支煙，一邊漫步，一邊任思緒隨那裊裊煙霧飄向廣袤的天空。

　　作為一名長(zhǎng)年在超級(jí)計(jì)算機(jī)前沿陣地上征戰(zhàn)的老將，他深知我們國(guó)家目前的快速發(fā)展，非常需要堅(jiān)實(shí)的科技支撐，而我國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)研制水平，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，不僅不能同日而語，其應(yīng)用意識(shí)、應(yīng)用水平更是相去甚遠(yuǎn)。在高性能計(jì)算這個(gè)充滿火藥味的競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域里，稍有懈怠，就會(huì)被別人趕超甚至被淘汰。所以，“天河一號(hào)”研制成功，對(duì)于他來說，和過去攻克的每一個(gè)科技“堡壘”一樣，只不過是一個(gè)逗號(hào)，而逗號(hào)的后邊，還有無數(shù)個(gè)問號(hào)，在等著他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)去求索、去破解。

　　傍晚，“天河一號(hào)”工程總師楊學(xué)軍， “天河一號(hào)”工程總指揮廖湘科，計(jì)算機(jī)學(xué)院政委周建設(shè)，一起來到學(xué)校辦公大樓前廣場(chǎng)上散步。

　　楊學(xué)軍說：“黨中央提出建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家、建設(shè)信息化人民軍隊(duì)宏偉目標(biāo)，學(xué)校作為強(qiáng)軍興國(guó)先鋒，任重道遠(yuǎn)啊。”

　　廖湘科說：“據(jù)參加國(guó)際TOP500頒獎(jiǎng)典禮的同志通報(bào)說，雖然我們的排名名次提升很快，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我們還存在較大差距，在整個(gè)500強(qiáng)中，美國(guó)就占了277套系統(tǒng)，而我們只有21套系統(tǒng)。國(guó)家已經(jīng)制定超級(jí)計(jì)算機(jī)整體趕超計(jì)劃，我們作為計(jì)算機(jī)技術(shù)創(chuàng)新國(guó)家隊(duì)，一定要多發(fā)揮作用、發(fā)揮大作用。”

　　楊學(xué)軍說：“雖然獲得了亞洲第一，但我們的目光絕不能只盯著亞洲，而是要放眼世界。”

　　周建設(shè)說：“搶占高峰，超越世界，是我們一代代銀河人追逐了幾十年的夢(mèng)想。大家聽到我們的機(jī)器躋身世界前五的消息后，都非常振奮，心里都憋著一股子勁，都渴望著在‘天河一號(hào)’二期工程中，乘勝?zèng)_擊超級(jí)計(jì)算機(jī)珠穆朗瑪峰。”

　　楊學(xué)軍說：“‘天河一號(hào)’二期系統(tǒng)不僅要力爭(zhēng)機(jī)器各方面性能全面大幅躍升，并且一定要用上自己研制的CPU，逐步改變微處理器依賴進(jìn)口的局面。”

　　“中國(guó)機(jī)器，外國(guó)芯”，是銀河人心頭難言的遺憾、隱隱的痛。

　　為讓中國(guó)機(jī)器擁有“中國(guó)芯”，2008年啟動(dòng)“天河一號(hào)”工程時(shí)，國(guó)防科技大學(xué)微處理器技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)開始研制設(shè)計(jì)“飛騰1000”芯片。

　　為讓“飛騰1000”達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，而且便于推廣應(yīng)用和可持續(xù)發(fā)展，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)順應(yīng)國(guó)際微處理器發(fā)展潮流，選擇兼容生態(tài)系統(tǒng)良好的SPARC指令系統(tǒng)，采用多核多線程SOC體系結(jié)構(gòu)，片內(nèi)集成了8個(gè)處理器核，每個(gè)核8個(gè)線程，成為國(guó)內(nèi)單芯片線程最多的處理器。此外，還面向超級(jí)計(jì)算機(jī)研制需求，在“飛騰1000”中集成了3路芯片直連接口，支持2—4處理器芯片直接互聯(lián)構(gòu)成多路SMP系統(tǒng)；集成4MB共享二級(jí)Cache和4路DDR3存儲(chǔ)控制器(MCU)，使數(shù)據(jù)處理和訪存帶寬更好匹配，緩解存儲(chǔ)墻壓力。

　　有人把這一研制目標(biāo)形象地概括為“一步登天”。這四個(gè)字，透顯出如虹氣勢(shì)，也意味著艱難險(xiǎn)阻。

　　研制工作剛展開，DDR3 調(diào)測(cè)試就遇到雙重挑戰(zhàn)：一是dimm條上的控制芯片與最新的DDR3規(guī)范有些不兼容，導(dǎo)致多個(gè)rank同時(shí)刷新的命令無法存儲(chǔ)，丟失數(shù)據(jù)；二是由于芯片規(guī)模大，封裝難度高，芯片到dimm條的時(shí)鐘占空比不理想。大家苦熬幾個(gè)通宵，才找到最佳辦法，選出最優(yōu)方案，圓滿解決問題。

　　不久，長(zhǎng)沙遭遇“2008冰雪災(zāi)害”，輸電線路慘遭破壞，城區(qū)管理部門被迫出臺(tái)限電令，禁止使用空調(diào)。室外白雪皚皚，室內(nèi)寒似冰窖。長(zhǎng)期集中攻關(guān)的科研人員，大多患有腰肌勞損，讓寒氣一逼，腰酸背痛，但他們拿被子往腰上一圍，繼續(xù)堅(jiān)持工作。

　　天氣暖和了，設(shè)計(jì)工作告一段落?？芍瞥蓸悠泛?，又發(fā)現(xiàn)性能不達(dá)標(biāo)。費(fèi)了九年二虎之力，才發(fā)現(xiàn)是合作單位對(duì)頂層困難估計(jì)不足，導(dǎo)致頂層規(guī)劃出現(xiàn)問題。沒辦法，只好推倒重來，重新確定新的物理設(shè)計(jì)方法，大幅提高了產(chǎn)品性能。

　　10月份，“秋老虎”走了，但難度最大的“攔路虎”卻跳了出來。由于設(shè)計(jì)規(guī)模巨大，synopsys ICC工具失去作用，Cadence Encounter基本繞線不通。此時(shí)，離芯片投片已不足兩個(gè)月。

　　大家知道，逾是形勢(shì)緊迫，逾要沉著應(yīng)對(duì)。通過仔細(xì)分析設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、梳理數(shù)據(jù)流向，提出頂層設(shè)計(jì)新方案。該方案雖然需要頂層設(shè)計(jì)及其功耗設(shè)計(jì)、封裝設(shè)計(jì)等一系列工作推倒重來，工作量巨大，但科學(xué)可行，贏得總師組支持和合作單位密切配合。通過20多天緊急突擊，使時(shí)序違反的路徑迅速收斂，最終完全收斂了下來。

　　當(dāng)時(shí)光完成一個(gè)輪回，再次跨入深冬季節(jié)時(shí)，芯片設(shè)計(jì)進(jìn)入最后時(shí)序檢查階段。就要大伙想經(jīng)歷了無數(shù)不眠之夜，總算走過了千難萬險(xiǎn)，終于可以回家美美睡上一覺時(shí)，一個(gè)意想不到的問題，又斜刺里殺了出來——設(shè)計(jì)流程在分層延遲計(jì)算和信號(hào)完整性方面存在重大隱患。若不排除，整個(gè)CPU將功虧一簣。

　　大家立馬重整旗鼓，對(duì)問題隱患進(jìn)行密集排查“圍剿”，終于找到并成功排除“元兇”，使所有數(shù)據(jù)回歸正常。

　　“飛騰1000”通用CPU，按時(shí)完成設(shè)計(jì)，并一次性投片成功!

　　次日，國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院超級(jí)計(jì)算機(jī)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)召開“天河一號(hào)”二期系統(tǒng)決戰(zhàn)動(dòng)員會(huì)。大家高舉右手，喊出了銀河前輩鏗鏘的聲音：

　　時(shí)間一年，一天不超!

　　每秒4700萬億次，一次不少!

　　一定要部分使用國(guó)產(chǎn)飛騰CPU!

　　“上甘嶺戰(zhàn)役”

　　很多同行專家聽了他們的決心，既深表欽佩，也為之擔(dān)心：“在一年時(shí)間里，機(jī)器性能提升近3倍，除非奇跡發(fā)生。”

　　從一期系統(tǒng)的每秒1206萬億次，到二期系統(tǒng)的每秒4700萬億次，并不是數(shù)字的簡(jiǎn)單拓展。運(yùn)算峰值提升近三倍，而機(jī)柜數(shù)量卻只能增加四分之一左右，意味著一組同樣大小的機(jī)柜，二期系統(tǒng)的性能要比一期系統(tǒng)提升兩倍多，這給研制工作提出了一系列挑戰(zhàn)，需要跨越多核多線程體系結(jié)構(gòu)與片上并行系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)、編譯系統(tǒng)全程序過程間分析等編譯優(yōu)化、自主高效的通信協(xié)議、高階路由器體系結(jié)構(gòu)、超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)與高速率高密度交換機(jī)的設(shè)計(jì)等一系列技術(shù)難題。這些技術(shù)障礙，哪一個(gè)都不是小溝小坎，全是深澗巨壑。

　　大伙頗有深意地說：“‘天河一號(hào)’二期系統(tǒng)攻堅(jiān)，是一場(chǎng)‘上甘嶺戰(zhàn)役’。”

　　參與工程任務(wù)的科研人員，就像當(dāng)年在上甘嶺上與美帝國(guó)主義侵略者決戰(zhàn)的將士。為了國(guó)家榮譽(yù)、民族尊嚴(yán)，以連續(xù)作戰(zhàn)的作風(fēng)，頑強(qiáng)拼搏的意志，“舍身炸碉堡”的勇氣，向著科學(xué)巔峰躬身沖刺!

　　通信光纖鋪設(shè)，是“天河一號(hào)”二期系統(tǒng)進(jìn)駐國(guó)家超算天津中心的首期工程，時(shí)間緊迫、任務(wù)艱巨。為確保按期完成施工任務(wù)，指揮員把任務(wù)細(xì)化到天，要求大家“當(dāng)天任務(wù)不完成當(dāng)天不吃不睡”。

　　哪知施工第一天，剛鋪了幾根光纖，施工指揮員拿起一看，立刻傻眼了：光纖的絕緣膠皮被磨出了道道裂痕，個(gè)別地方還露出線芯。

　　原來地溝的水泥表層太粗糙，加之時(shí)值盛夏，地溝溫度高達(dá)40多度，把光纖絕緣層烤得似細(xì)皮嫩肉，哪經(jīng)得起水泥地的摧殘。

　　這個(gè)問題不解決，后果不堪設(shè)想。輕則信號(hào)中斷、通信短路，重則導(dǎo)致系統(tǒng)紊亂。

　　如何避免光纖絕緣層受損?

　　大家絞盡腦汁，也沒想出個(gè)法子來。急得指揮員抓耳撓腮，一屁股坐在地上：“嗨!這可怎么辦?”

　　時(shí)間，在嘀嘀嗒嗒一秒秒過去。大伙討論了兩個(gè)小時(shí)，還是沒招。

　　指揮員抹了一把臉上的汗水，舉著手掌愣了愣，然后一拍大腿說：“有辦法了!”

　　只見他把襯衣、褲子一脫，跳進(jìn)悶熱的地溝，俯臥在粗糙的水泥地上。

　　大家一看，立刻明白了指揮員的意思，不用誰下令，紛紛脫下身上的衣褲，跟著跳進(jìn)地溝，鋪設(shè)了一條光滑的人肉地毯。

　　一根根光纖順著官兵光滑的皮肉通暢地向前延伸。滾燙的水泥地灼烤著官兵的血肉之軀，大家一身汗水、滿身污垢。

　　背上被磨得通紅，官兵們咬牙堅(jiān)持；

　　皮肉被磨破了，他們依然一動(dòng)不動(dòng)；

　　傷口不住地往外滲著血水，還是沒有一人撤退；

　　……

　　天津?yàn)I海新區(qū)一名領(lǐng)導(dǎo)看見這一幕，非常感動(dòng)。“戰(zhàn)爭(zhēng)年代，我軍將士為民族獨(dú)立、人民解放，用血肉之軀堵槍眼，炸碉堡。和平時(shí)期，人民子弟兵，跳進(jìn)洪流堵潰堤，冒著地震救災(zāi)民。今天，我又看見我軍科研人員，為保護(hù)科研器材，赤身裸背臥地溝，流汗淌血不后退。人民軍隊(duì)的光榮傳統(tǒng)，在你們身上沒有丟!我們國(guó)家有這樣科研隊(duì)伍，再艱難的工程也能拿下!”

　　一個(gè)月，他們幾十個(gè)人，在粗糙悶熱的地溝里赤身裸背爬了30天。一個(gè)個(gè)被堅(jiān)硬的水泥地和光纖刮擦得遍體鱗傷。但15000根光纖毫發(fā)無損!

　　“天河一號(hào)”二期系統(tǒng)試機(jī)那天，一打開機(jī)器，全部通信線路暢通無阻。國(guó)家超算天津中心領(lǐng)導(dǎo)，特意來到擔(dān)負(fù)光纖鋪設(shè)任務(wù)的官兵中間，一一察看他們背上那些尚未痊愈的傷口，動(dòng)情地說：“‘天河一號(hào)’二期系統(tǒng)首試暢通，有你們的貢獻(xiàn)!功勞簿上，有大家的名字!”

　　楊燦群帶領(lǐng)計(jì)算效能提升團(tuán)隊(duì)在國(guó)家超算天津中心天河機(jī)房擺開了戰(zhàn)場(chǎng)。他們的第一個(gè)任務(wù)，就是確保系統(tǒng)所有部件連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行4小時(shí)以上。哪知一開機(jī)，系統(tǒng)又出問題了。

　　他們到天津前，就在長(zhǎng)沙做了四個(gè)機(jī)柜的驗(yàn)證系統(tǒng)，進(jìn)行了穩(wěn)定性調(diào)試，沒有發(fā)現(xiàn)任何問題。天津系統(tǒng)所使用的部件與長(zhǎng)沙系統(tǒng)完全一樣，為什么就出問題了呢?

　　楊燦群抬頭望一眼天河機(jī)房，有種一眼望不到頭的感覺。并排矗立的140組機(jī)柜，其中包含了數(shù)以萬計(jì)的部件，只要其中一個(gè)部件、一個(gè)系統(tǒng)出問題，都會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這個(gè)問題部件、系統(tǒng)在哪呢?楊燦群和大伙仿佛一腳踏進(jìn)一個(gè)深坑，眼前一片漆黑。

　　在黑暗中探索好幾天，他們才發(fā)現(xiàn)問題竟然出在水冷系統(tǒng)上：由于水量不足，散熱功能下降，造成超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)溫度過高。

　　隨著系統(tǒng)調(diào)試全面展開，他們又發(fā)現(xiàn)GPU也存在抽風(fēng)似的波動(dòng)現(xiàn)象。大伙通過對(duì)GPU穩(wěn)定性相關(guān)因素，如GPU自身、GPU的供電模塊、GPU與主機(jī)的通信接口卡、GPU散熱等，一一進(jìn)行大量采樣分析，沒有發(fā)現(xiàn)任何蛛絲馬跡。他們又對(duì)GPU工作狀態(tài)溫度進(jìn)行監(jiān)控，通過大量數(shù)據(jù)采樣分析后，發(fā)現(xiàn)同一個(gè)刀片上的兩顆GPU的工作溫度有明顯差異。通過發(fā)明風(fēng)量“挖補(bǔ)”技術(shù)，終于徹底解決了散熱不均勻問題，實(shí)現(xiàn)了GPU穩(wěn)定工作。

　　“天河一號(hào)”二期系統(tǒng)采用自主研制的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是個(gè)全局性的設(shè)備，也是影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。加之規(guī)模巨大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不僅測(cè)試難度大，而且一旦出現(xiàn)問題，查因、維修困難，。他們通過與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)科研人員密切配合，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)研究測(cè)試方法，編寫了分組、并發(fā)等多種測(cè)試代碼，高效實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)接口、網(wǎng)絡(luò)路徑全覆蓋測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了故障快速定位和排除。

　　又一個(gè)國(guó)慶佳節(jié)來臨之際，“天河一號(hào)”二期系統(tǒng)終于達(dá)到穩(wěn)定工作目標(biāo)。

　　已連續(xù)奮戰(zhàn)兩個(gè)月的楊燦群和戰(zhàn)友們顧不上坐下來喝杯茶、歇歇?dú)?，立刻?duì)系統(tǒng)計(jì)算效能進(jìn)行最后優(yōu)化。他們逐個(gè)測(cè)試系統(tǒng)各個(gè)計(jì)算結(jié)點(diǎn)，排除了內(nèi)存故障、GPU故障影響計(jì)算效能問題，使計(jì)算效能提升到每秒1890萬億次。

　　初戰(zhàn)告捷，他們趁勢(shì)擴(kuò)大戰(zhàn)果，又對(duì)應(yīng)用軟件進(jìn)行優(yōu)化，使系統(tǒng)性能達(dá)到每秒2339萬億次。

　　這已經(jīng)是個(gè)奇跡了。當(dāng)時(shí)世界排名第一的美國(guó)“美洲虎”超級(jí)計(jì)算機(jī)，其計(jì)算效能也只有每秒1767萬億次。如果按照國(guó)際TOP500組織以計(jì)算效能排名，“天河一號(hào)”二期系統(tǒng)已將它遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在后邊。

　　但楊燦群和同事們還不滿足。他們認(rèn)為“天河一號(hào)”還有潛力可挖。把“美洲虎”甩得越遠(yuǎn)，“天河一號(hào)”對(duì)世界第一的沖擊力就越大。

　　他們繼續(xù)把自己關(guān)在機(jī)房，發(fā)起最后沖刺。

　　10月19日下午，楊燦群到北京辦事。汽車在京津高速公路上奔馳，在通過一個(gè)立交橋時(shí)，他看著來自四面八方的車輛匯集在橋上，然后又有序地駛上四面八方，腦袋里突然靈感閃現(xiàn)：如果把超級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)喻為城市交通樞紐，網(wǎng)絡(luò)路徑就是一條條城市街道，這些街道的交會(huì)點(diǎn)，往往成為交通堵塞區(qū)，車輛只有合理放行，才能保證交通暢通。

　　楊燦群馬上給同事打電話，讓他們關(guān)注網(wǎng)絡(luò)路徑，修改參數(shù)，對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)計(jì)算效能再次優(yōu)化。

　　當(dāng)天晚上，“天河一號(hào)”計(jì)算效能再次沖高——每秒2490萬億次。

　　次日，奇跡再現(xiàn)——每秒2507萬億次!

　　10月30日，“天河一號(hào)”二期系統(tǒng)就要向國(guó)際TOP500組織遞交測(cè)試結(jié)果的前夕，他們?nèi)栽诶^續(xù)優(yōu)化，并再下一城，將系統(tǒng)計(jì)算效能提高到每秒2566億次，計(jì)算效率達(dá)到54.6%，屬于世界最高水平。

　　參與工程研制的科學(xué)家們用奮不顧身的沖刺，把一個(gè)個(gè)科學(xué)“高地”踏在腳下：攻克了超級(jí)計(jì)算機(jī)CPU間高速高效互聯(lián)通信這一世界難題，研制成功高階互聯(lián)交換芯片、高性能互連接口芯片；研制成功4類結(jié)點(diǎn)機(jī)、2套網(wǎng)絡(luò)、15種印制電路板；編寫完成操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)、并行程序開發(fā)環(huán)境與科學(xué)計(jì)算可視化系統(tǒng)。其中，異體融合體系結(jié)構(gòu)、基于高階路由的高速互聯(lián)通信等技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

　　他們還在“天河”機(jī)上實(shí)現(xiàn)了“中國(guó)芯”從無到有的突破，在二期系統(tǒng)中安裝了2048顆“飛騰1000”通用CPU。如果用戶要求，可全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，通過高效互聯(lián)通信，形成完全自主的高性能計(jì)算機(jī)。

　　曾幾何時(shí)，很多外國(guó)專家在表達(dá)對(duì)中國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)的鄙視時(shí)，總是這樣發(fā)問：“你們中國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)有‘中國(guó)芯’嗎?”

　　現(xiàn)在，還是讓國(guó)外專家自己來回答吧。

　　全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜主要編撰人之一、美國(guó)田納西大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)教授唐加納，考察了“天河一號(hào)”二期系統(tǒng)后，發(fā)表評(píng)論說：“雖然‘天河一號(hào)’二期系統(tǒng)的處理器仍主要采用美國(guó)產(chǎn)品，但其互聯(lián)芯片完全是中國(guó)自主制造的，并且中國(guó)已經(jīng)有自己的CPU了?；ヂ?lián)芯片主要涉及處理器之間的信息流動(dòng)，對(duì)于超級(jí)計(jì)算機(jī)的整體性能起到關(guān)鍵作用。中國(guó)制造這些互聯(lián)芯片，具有世界最先進(jìn)的水平。”

　　唐加拉教授是國(guó)際高性能計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的知名專家，他的評(píng)價(jià)是比較客觀的。國(guó)防科技大學(xué)自主研制的高階路由芯片和高速網(wǎng)絡(luò)芯片，其性能是國(guó)際商用芯片的兩倍。“銀河飛騰1000”在“天河一號(hào)”二期系統(tǒng)成功使用，標(biāo)志著中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)“空心”歷史開始走向終結(jié)。

　　“天河一號(hào)”二期系統(tǒng)較一期系統(tǒng)，性能再次大幅躍升：峰值速度每秒4700萬億次和持續(xù)速度每秒2566萬億次，分別提高了2.89倍和3.55倍；計(jì)算效率再次提高近10%。

 

　　從巔峰悄悄出發(fā)

 

　　僅僅半年后，即2011年6月國(guó)際TOP500發(fā)布新榜單時(shí)，日本公司研制并安裝于本國(guó)理化研究所的超級(jí)計(jì)算機(jī)“京”，扶搖直上，取代“天河一號(hào)”占據(jù)了榜首位置。2012年6月、11月，美國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)“紅彬”“泰坦”，又先后登上國(guó)際TOP500排名之巔。“天河一號(hào)”排名跌到世界第8。

　　這一跌，跌得國(guó)產(chǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)的“粉絲”們好心疼、好心酸、好失望啊。“‘天河一號(hào)’怎么啦?怎么曇花一現(xiàn)就被滾滾大潮淹沒了呢?”

　　心懷叵測(cè)者又開始鼓噪：“國(guó)產(chǎn)機(jī)器就這樣，只是個(gè)政治標(biāo)本而已。”

　　而這時(shí)，天河人卻出奇地冷靜，不驚慌，不解釋，不反駁，更不沮喪。

　　對(duì)于日、美的反超，天河人早有預(yù)料。這是人家的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域、戰(zhàn)略領(lǐng)地，是別人耀武揚(yáng)威、傲視世界的地方，豈能容一匹“黑馬”撒蹄狂奔?再說，超越與被超越的角色輪回，仰視與俯視的狀態(tài)更替，既是科技發(fā)展的常態(tài)，亦是科技進(jìn)步的動(dòng)力，用不著耿耿于懷，更犯不上驚慌失措。沉默，往往體現(xiàn)的是自信和力量。

　　更重要的是，雖然“天河一號(hào)”沖頂成功，掌聲與鮮花讓人感到自豪與欣慰，但天河人從未因此而得意忘形、心浮氣躁。他們深知，世界超算領(lǐng)域的“游戲規(guī)則”并未因“天河一號(hào)”的出現(xiàn)而改變。

　　聽聽天河人對(duì)媒體記者說的那些話吧：

　　“就整體實(shí)力而言，第一梯隊(duì)仍然是美國(guó)。‘天河一號(hào)’暫時(shí)勝出，只能說明我們已經(jīng)站在第二梯隊(duì)的前列。”

　　“在最新TOP500排行榜中，美國(guó)上榜計(jì)算機(jī)230多臺(tái)，并且全部由美國(guó)公司自己研制，僅惠普、IBM、克雷三家公司，就制造了500強(qiáng)中的409臺(tái)。IBM公司內(nèi)部員工流傳一句笑話：在超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，97%的市場(chǎng)份額來自IBM公司，剩下的3%來自IBM二手機(jī)器。日本上榜的30臺(tái)機(jī)器中，日本制造僅占37%，其余均為美國(guó)制造；中國(guó)上榜76臺(tái)，中國(guó)制造只有13%，電信、互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的用戶大多使用惠普、IBM系統(tǒng)。中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)總體水平與美國(guó)相比，差距不是一點(diǎn)點(diǎn)，而是一大截。”

　　“中國(guó)的整體系統(tǒng)已經(jīng)走在世界領(lǐng)先，但就高性能計(jì)算機(jī)完整產(chǎn)業(yè)鏈而言，中國(guó)還有很長(zhǎng)的路要走。”

　　“體系結(jié)構(gòu)、互聯(lián)技術(shù)、操作系統(tǒng)、微處理器、應(yīng)用軟件，是超級(jí)計(jì)算機(jī)缺一不可的五大核心要求，前三個(gè)中國(guó)都解決得很好，但后兩個(gè)仍然是短板。”

　　“我國(guó)在核心部件與原創(chuàng)技術(shù)上，與國(guó)外先進(jìn)水平差距不小。如CPU的物理設(shè)計(jì)與美國(guó)起碼差一代，工藝起碼差兩代。”

　　“應(yīng)用方面也一樣，美國(guó)、日本等超算技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家，超算與社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展實(shí)現(xiàn)深度融合，推動(dòng)了汽車、飛機(jī)、航天、電影等一大批產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。而我國(guó)的超級(jí)機(jī)只在一部分專業(yè)領(lǐng)域得到成功應(yīng)用，應(yīng)用瓶頸尚未完全突破，既影響社會(huì)進(jìn)步，也遲滯了超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展。”

　　“人才方面更處于劣勢(shì)。美國(guó)有超過1萬人的超級(jí)計(jì)算機(jī)高級(jí)專業(yè)人才，中國(guó)用高薪也聘不到幾個(gè)人。深圳超算中心開出年薪100萬，還是一才難求。”

　　“雖然‘天河一號(hào)’在國(guó)際TOP500奪魁，但西方國(guó)家在信息技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)地位沒有改變，美國(guó)在超級(jí)計(jì)算機(jī)研制和應(yīng)用的主導(dǎo)地位沒有改變，世界強(qiáng)國(guó)爭(zhēng)奪超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)先地位的態(tài)勢(shì)沒有改變。”

　　三個(gè)“沒有改變”，既是對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域各國(guó)實(shí)力的準(zhǔn)確概括，也是對(duì)天河人勇奪第一后平靜心態(tài)的生動(dòng)寫照。

　　落差蘊(yùn)含能量，距離激發(fā)動(dòng)力。正如中國(guó)科學(xué)院院士、“天河一號(hào)”總設(shè)計(jì)師楊學(xué)軍所說：“從‘天河一號(hào)’問世那天起，‘天河二號(hào)’的攻關(guān)就開始了。在對(duì)國(guó)際高性能計(jì)算發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析后，我們瞄準(zhǔn)了每秒億億級(jí)機(jī)器的研制，決心在引領(lǐng)世界超算發(fā)展中作出新的貢獻(xiàn)。”

　　“吃著碗里的、看著鍋里的、想著缸里的”，這是銀河人、天河人的傳統(tǒng)思維。

　　“與其說給別人聽，不如做給別人看”，這是銀河人、天河人的行為風(fēng)格。

　　他們剛剛占領(lǐng)巔峰，又從巔峰悄悄出發(fā)，向著新的巔峰進(jìn)擊。

　　2011年1月，國(guó)防科技大學(xué)召開“天河工程領(lǐng)導(dǎo)小組會(huì)議”，啟動(dòng)“天河二號(hào)”每秒億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)認(rèn)證與預(yù)研工作；計(jì)算機(jī)學(xué)院院長(zhǎng)、“天河一號(hào)”研制總指揮、副總設(shè)計(jì)師廖湘科，擔(dān)任“天河二號(hào)”研制總指揮、總設(shè)計(jì)師。

　　3月，國(guó)防科技大學(xué)與廣州市政府開始洽談共建“廣州超級(jí)計(jì)算中心”合作事宜。

　　11月，國(guó)防科技大學(xué)“新一代天河超級(jí)計(jì)算機(jī)研制項(xiàng)目”通過國(guó)家科技部組織的專家評(píng)審，并與廣東省、廣州市、中山大學(xué)簽署“省市校共建廣州超級(jí)計(jì)算中心協(xié)議”。“天河二號(hào)”攻關(guān)全面展開。此后，與廣州市簽署“廣州超級(jí)計(jì)算中心‘天河二號(hào)’研制合同”，并確定中心選址于廣州大學(xué)城的中山大學(xué)校區(qū)。

　　2012年5月，國(guó)防科技大學(xué)向廣州超算中心提供先導(dǎo)超級(jí)計(jì)算機(jī)，支持開展前期業(yè)務(wù)。

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　　沉寂兩年半后，“天河”超級(jí)計(jì)算機(jī)雄姿再現(xiàn)，王者歸來。于2013年6月在國(guó)際TOP500排名中，重新占領(lǐng)世界超算之巔!

　　“天河二號(hào)”峰值速度達(dá)到每秒54.9千萬億次，持續(xù)計(jì)算速度達(dá)到每秒33.86千萬億次，綜合技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

　　它比此前排名世界第一的美國(guó)“泰坦”超級(jí)計(jì)算機(jī)，計(jì)算速度快2倍，計(jì)算密度高2.5倍。

　　它與“天河一號(hào)”相比，計(jì)算性能、計(jì)算密度均提升10倍以上，能效比提升2倍，耗電量卻只有“天河一號(hào)”的三分之一。

　　若想探索地球氣候變化規(guī)律，“天河一號(hào)”可以模擬2000年前的氣候變遷，“天河二號(hào)”能夠回溯到5000年前。

　　進(jìn)行500人規(guī)模的全基因組信息關(guān)聯(lián)性分析，華大轉(zhuǎn)基因用自有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需要一年完成，運(yùn)用“天河二號(hào)”只需要3小時(shí)。

　　電影《阿凡達(dá)》動(dòng)漫渲染制作耗時(shí)一年多，若用“天河二號(hào)”，1個(gè)小時(shí)便可完成。

　　用傳統(tǒng)方法研發(fā)新型轎車，要經(jīng)過上百次碰撞、歷時(shí)兩年多實(shí)驗(yàn)，利用“天河二號(hào)”只需3至5次碰撞、兩個(gè)多月便可實(shí)現(xiàn)。

　　“天河二號(hào)”的計(jì)算能力，名富其實(shí)的“超級(jí)”“神算”!

　　那些對(duì)“天河”超級(jí)計(jì)算機(jī)說三道四、橫挑鼻子豎挑眼的人，終于暫時(shí)把嘴閉上了。

　　現(xiàn)在該輪到科學(xué)家發(fā)聲了。中國(guó)科學(xué)院軟件研究所研究員張?jiān)迫院赖卣f：“體系結(jié)構(gòu)之路上，中國(guó)人在拉著世界走!”

　　外國(guó)科學(xué)家也紛紛說出了公道話。

　　美國(guó)英特爾公司副總裁雷杰伯·哈茲拉說：“‘天河二號(hào)’的進(jìn)步，不僅對(duì)中國(guó)科學(xué)界、產(chǎn)業(yè)界有利，而且將推動(dòng)數(shù)十年內(nèi)世界超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展水平。這臺(tái)機(jī)器和其他超級(jí)計(jì)算機(jī)為全球日益增長(zhǎng)的大數(shù)據(jù)處理需求提供了基礎(chǔ)設(shè)施。”

　　美國(guó)勞倫斯·伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室副主任霍斯特·西蒙說：“如果有人覺得中國(guó)人研制超級(jí)計(jì)算機(jī)只是噱頭，‘天河二號(hào)’就可以證明他們錯(cuò)了。”

　　沖刺!沖刺!沖刺!

　　再次站在世界之巔的天河人，是怎樣一種心情呢?

　　慶功宴上，“天河一號(hào)”總設(shè)計(jì)師、國(guó)防科技大學(xué)校長(zhǎng)楊學(xué)軍，計(jì)算機(jī)學(xué)院院長(zhǎng)、“天河二號(hào)”總設(shè)計(jì)師廖湘科，計(jì)算機(jī)學(xué)院政委劉學(xué)明相互敬酒時(shí)說的一番話很有代表性。

　　楊學(xué)軍說：“國(guó)防科技大學(xué)從1958年研制成功我國(guó)第一臺(tái)專用數(shù)字電子管計(jì)算機(jī)，成為我國(guó)計(jì)算機(jī)科研和人才培養(yǎng)基地后，堅(jiān)持瞄準(zhǔn)世界前沿攻堅(jiān)克難，引領(lǐng)著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展。尤其是1983年研制成功‘銀河—Ⅰ’每秒億次巨型機(jī)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)從大型機(jī)到巨型機(jī)的飛躍；1983至1997的14年間，研制‘銀河—Ⅱ’‘銀河—Ⅲ’，推動(dòng)了我國(guó)巨型機(jī)從每秒億次到每秒10億次，再到每秒100億次的跨越，此后10年又相繼研制出每秒萬億次、30萬億次、100萬億次巨型機(jī)；在2007至2010不到兩年時(shí)間里，又在世界上率先創(chuàng)造出引領(lǐng)世界潮流的體系結(jié)構(gòu)技術(shù)，使我國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)從每秒百萬億次躍進(jìn)到每秒千萬億次，奪得國(guó)際TOP500排名第一，圓了銀河人、天河人追求數(shù)十年的夢(mèng)想。現(xiàn)在我們?cè)僬凼澜绻鸸?，進(jìn)一步鞏固了國(guó)家在世界超算領(lǐng)域的地位。這一系列跨越說明了什么?說明這是我們的傳統(tǒng)!同時(shí)也是責(zé)任?，F(xiàn)在信息技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展神速，我們必須不斷挑戰(zhàn)自我、超越自我，稍有懈怠，就將被世界淘汰!”

　　廖湘科說：“再占巔峰，并不是創(chuàng)新的休止符。在研制‘天河一號(hào)’‘天河二號(hào)’時(shí)，我們并沒有把十八般武藝都用上，我們的技術(shù)路線還有很大的發(fā)展空間，我們的隊(duì)伍還有很大的創(chuàng)新潛力。我們一定要，也一定能站得更高、走得更遠(yuǎn)!”

　　“黨的十八大召開后，習(xí)主席提出的中國(guó)夢(mèng)強(qiáng)軍夢(mèng)，讓廣大科技工作者深受鼓舞，大家紛紛表示要為中華崛起貢獻(xiàn)更多智慧、更大力量。”曾參加對(duì)越自衛(wèi)還擊戰(zhàn)的劉學(xué)明說，“科研攻關(guān)就像戰(zhàn)場(chǎng)，沖鋒是最好的防守，要想在這個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)上立于不敗之地，需要我們沖刺!沖刺!再?zèng)_刺!”

　　國(guó)防科技大學(xué)超級(jí)計(jì)算機(jī)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的確有著爭(zhēng)取更大成績(jī)、創(chuàng)造更大輝煌的實(shí)力。

　　“聽到‘天河二號(hào)’再奪國(guó)際TOP500排名第一的消息，我覺得很了不起，但感到不奇怪，相反它不奪第一，我才覺得奇怪。”在國(guó)防科技大學(xué)軍事高科技培訓(xùn)學(xué)院進(jìn)修的一名將軍說，“國(guó)防科技大學(xué)高科技班剛開班那年，我就參加了團(tuán)級(jí)干部培訓(xùn)班，此后我又參加了師、軍職高科技培訓(xùn)班。在國(guó)防科大學(xué)習(xí)生活累計(jì)近一年，我每天早上起來跑步時(shí)，都發(fā)現(xiàn)有人進(jìn)出銀河樓、天河樓，一打聽才知道那些從樓里出來的是在實(shí)驗(yàn)室熬了一個(gè)通宵的，那些進(jìn)去的則是提前去實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)的。而晚上，這兩棟樓里幾乎每一扇窗戶都亮著燈。春、夏、秋、冬，幾乎天天如此。我還從來沒見干工作這樣玩命的。”

　　如果說這位將軍的話中透出的是超級(jí)計(jì)算機(jī)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的“軟實(shí)力”——奮勇進(jìn)取、頑強(qiáng)拼搏的精神，那么他們的“硬實(shí)力”更為雄厚，那就是得天獨(dú)厚的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

　　超級(jí)計(jì)算機(jī)有五個(gè)核心要素：體系結(jié)構(gòu)、互聯(lián)技術(shù)、操作系統(tǒng)、微處理器和應(yīng)用軟件。前三個(gè)要素，用天河人的話來說“這是我們的‘絕活’”。

　　“天河一號(hào)”采用的CPU+GPU異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)，是一項(xiàng)對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)路線有著顛覆性創(chuàng)新意義的總體結(jié)構(gòu)技術(shù)，有著低能耗、低成本、高集成度等優(yōu)點(diǎn)，因而很快成為國(guó)際主流。在此基礎(chǔ)上，天河團(tuán)隊(duì)大膽創(chuàng)新，為“天河二號(hào)”設(shè)計(jì)出新型異構(gòu)多態(tài)體系結(jié)構(gòu)，大大提升了系統(tǒng)計(jì)算速度，并將其應(yīng)用從科學(xué)計(jì)算拓展到大數(shù)據(jù)處理、大規(guī)模信息服務(wù)等領(lǐng)域。

　　隨著超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)越來越復(fù)雜、規(guī)模越來越大，互聯(lián)技術(shù)的作用越來越大，甚至不亞于CPU。“天河二號(hào)”高速互聯(lián)系統(tǒng)性能，是當(dāng)前國(guó)際商用互聯(lián)系統(tǒng)的兩倍。它可以把幾萬顆微處理器聯(lián)系起來，共同解決一個(gè)計(jì)算問題，解決了高效互聯(lián)中“微處理器越多效能越低”的世界難題。他們自主研制了互聯(lián)通信系統(tǒng)最核心的兩塊芯片：路由器和網(wǎng)絡(luò)接口。一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)好比一個(gè)大城市，互聯(lián)通信系統(tǒng)就是城市的公路網(wǎng)，路由器就是立交橋，網(wǎng)絡(luò)接口就是主干道出入口。一個(gè)城市公路網(wǎng)市政設(shè)施建設(shè)得再好，立交橋和主干道出入口不設(shè)計(jì)好，城市交通依然擁擠不堪。他們?cè)谠O(shè)計(jì)這兩塊芯片時(shí)，應(yīng)用多種創(chuàng)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)交換高效快捷。

　　正如杰克·唐加拉教授在回答記者“什么使中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)如此神速”這一問題時(shí)說：“中國(guó)自主研發(fā)了內(nèi)部互聯(lián)技術(shù)，這是買不來的。這是他們基于芯片、路由器及自主生產(chǎn)的交換器開發(fā)出來的。這跟Cray公司情況相似，Cray公司的貢獻(xiàn)除了集成以及軟件以外，還貢獻(xiàn)了內(nèi)部互聯(lián)技術(shù)。他們運(yùn)用無限帶寬技術(shù)的內(nèi)部互聯(lián)，將兩倍于內(nèi)部互聯(lián)帶寬的東西整合在一起。”

　　“天河”使用的操作系統(tǒng)也很有特色。它在大多數(shù)中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)使用外國(guó)操作系統(tǒng)的情況下，采用自主研發(fā)、以高安全性著稱的“銀河麒麟”操作系統(tǒng)。該操作系統(tǒng)，使“天河”的每一名用戶像到銀行租了個(gè)保險(xiǎn)箱一樣，鑰匙和密碼都握在自己手上。其中的信息，其他用戶甚至連管理員都看不到。一句話：“中國(guó)人自己研制的操作系統(tǒng)，中國(guó)人放心用。”

　　超級(jí)計(jì)算機(jī)后兩個(gè)核心要素——CPU與應(yīng)用軟件，也正在迎頭趕上。

　　讓中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)擁有一顆“中國(guó)芯”，是中國(guó)科學(xué)家久遠(yuǎn)的夢(mèng)想。國(guó)防科技大學(xué)成功研發(fā)“飛騰1000”CPU，并成功應(yīng)用于“天河一號(hào)”，部分取代進(jìn)口CPU，讓夢(mèng)想成真。“天河二號(hào)”上的國(guó)產(chǎn)“飛騰1500”CPU占全部CPU的八分之一。若用戶需要，完全可以100%采用國(guó)產(chǎn)CPU。

　　科學(xué)領(lǐng)域的巔峰，從來就不是靜止的，而是時(shí)刻在變化、在發(fā)展、在攀高。因此，巔峰不是科學(xué)家追求的終結(jié)，而是繼續(xù)沖刺的新起點(diǎn)。一次次把巔峰踏在腳下又一次次出發(fā)，是科學(xué)家的生活方式和生命狀態(tài)。

　　隨著天河人不斷向前跋涉的腳步，中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)創(chuàng)新不斷譜寫新的世界紀(jì)錄：

　　2013年11月，在第四十二屆國(guó)際TOP500排名中，“天河二號(hào)”再度奪得世界冠軍。

　　2014年6月，“天河二號(hào)”實(shí)現(xiàn)國(guó)際TOP500排名“三連冠”。

　　2014年11月，“天河二號(hào)”以每秒33.86千萬億次的浮點(diǎn)運(yùn)算速度，第四次摘得全球運(yùn)行速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)桂冠，持續(xù)計(jì)算速度比排名第二的美國(guó)“泰坦”快近1倍。這是“天河”系列超級(jí)計(jì)算機(jī)第五次奪得世界超算桂冠。

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　　雙科“狀元”

　　中華民族的迅速崛起，就像是一個(gè)曾疾病纏身、弱不禁風(fēng)的小伙子，突然變成一個(gè)體魄偉岸、孔武有力的壯漢子。小伙子自己是高興了，可那些已習(xí)慣于對(duì)他指指點(diǎn)點(diǎn)、吆三喝四甚至拳腳相加的人心里就不痛快了，于是就有了“中國(guó)威脅論”，就有了針對(duì)中國(guó)的“圍堵外交”，就有了“亞太再平衡”……

　　與此同時(shí)，西方國(guó)家在中國(guó)培植的“應(yīng)聲蟲”們，在一批以逆反為樂卻世事不諳的“憤青”們的附和下，玩起了唱衰中國(guó)的鬼把戲。但如何唱衰?直接指責(zé)中國(guó)執(zhí)政黨、中國(guó)政府，他們沒這個(gè)膽；直接說中國(guó)這政策不行、那政策不行，大概他們自己都覺得既露骨而又蒼白；說中國(guó)人這也不是、那也不是，他們又得顧忌自己身上還披著“中國(guó)人”的外衣。于是，他們就“曲徑通幽”，找點(diǎn)所謂的“事實(shí)”來說話。在此情況下，為中國(guó)人爭(zhēng)了大光，證明中國(guó)還行的“天河”超級(jí)計(jì)算機(jī)，就自然而然地成了他們說事的靶子、攻擊的目標(biāo)。

　　西方國(guó)家的“應(yīng)聲蟲”的第一種論調(diào)是：“研制超級(jí)計(jì)算機(jī)，在中國(guó)都是政府投資，僅僅是政治需要，而并非實(shí)際應(yīng)用，并不像美國(guó)、日本，純粹是市場(chǎng)行為。”

　　誠(chéng)然，包括“銀河”“天河”在內(nèi)的國(guó)產(chǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)研制，均由政府主導(dǎo)。但“紅彬”“泰坦”“京”等世界頂尖超級(jí)計(jì)算機(jī)研發(fā)，也都是由美國(guó)、日本政府直接投資，IBM、Cray、富士通等公司聯(lián)合國(guó)家科研單位研制的，這與中國(guó)研發(fā)模式毫無二致。研發(fā)超級(jí)計(jì)算機(jī)，從來都是為了解決涉及國(guó)家安全與發(fā)展問題的重大科學(xué)問題和增強(qiáng)綜合國(guó)力，都不是純粹的市場(chǎng)行為和商業(yè)利益驅(qū)動(dòng)，任何國(guó)家無不如此。

　　中國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，也一直走的是研制與應(yīng)用的道路。研制“天河一號(hào)”時(shí)，國(guó)防科技大學(xué)超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，在宋君強(qiáng)帶領(lǐng)下，積極深入用戶第一線，逐家拜訪重點(diǎn)用戶和潛在用戶，了解他們對(duì)科學(xué)工程計(jì)算、大數(shù)據(jù)處理以及高吞吐率和高安全信息服務(wù)等多種應(yīng)用需求，在此基礎(chǔ)上提煉出對(duì)每秒千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，不斷優(yōu)化機(jī)器使用環(huán)境，同時(shí)向用戶宣傳每秒千萬億次系統(tǒng)特點(diǎn)，引導(dǎo)用戶學(xué)習(xí)和采用新技術(shù)，促進(jìn)了機(jī)器設(shè)計(jì)與應(yīng)用的互補(bǔ)互促，為我國(guó)新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)成為用戶“好用”“想用”的機(jī)型打下了良好基礎(chǔ)。“天河一號(hào)”投入使用后，構(gòu)建形成了石油勘探、生物醫(yī)藥、動(dòng)漫與影視特效渲染、高端裝備制造、地理信息等五大高性能計(jì)算應(yīng)用平臺(tái)，取得了一批具有國(guó)際先進(jìn)水平的創(chuàng)新成果。

　　“天河二號(hào)” 研制戰(zhàn)役打響后，宋君強(qiáng)又帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)針對(duì)多態(tài)應(yīng)用多元需求問題，認(rèn)真梳理規(guī)劃科研方向，在科學(xué)工程計(jì)算、超大資源規(guī)模的云服務(wù)平臺(tái)、大數(shù)據(jù)處理等方面進(jìn)行一系列創(chuàng)新完善，使“天河二號(hào)”更加“好用”“實(shí)用”。此外，科研人員通過多層次容錯(cuò)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了超大系統(tǒng)的智能化管理，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)監(jiān)控、檢測(cè)、診斷、隔離系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的故障，全系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定時(shí)間比“天河一號(hào)”提高1.5倍，可靠性、可用性邁上一個(gè)新臺(tái)階。

　　如此把事實(shí)一擺就不難發(fā)現(xiàn)，這些“應(yīng)聲蟲”是用“市場(chǎng)行為”描述“主子國(guó)家”，用“政治任務(wù)”描述“自己國(guó)家”，其歸根到底還是西方國(guó)家“雙重標(biāo)準(zhǔn)”在超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的翻版。

　　“‘天河二號(hào)’只是理論速度最快，在以實(shí)用性為主要考量的Craph500榜單上名列第六。”這是唱衰中國(guó)超算的第二種說法。

　　“天河”從奪冠到連冠，都是國(guó)際TOP500認(rèn)定的，而且該機(jī)構(gòu)排名依據(jù)并不是理論，而是LINPACK應(yīng)用實(shí)測(cè)性能，這是已經(jīng)實(shí)行了30多年、世界公認(rèn)最具權(quán)威的系統(tǒng)排行標(biāo)準(zhǔn)。此后，國(guó)際上又出現(xiàn)了HPCC、Craph500、HPCG等其他排行榜，用不同測(cè)試程序衡量超級(jí)計(jì)算機(jī)某些方面的應(yīng)用性能。在Craph500實(shí)測(cè)中，“天河二號(hào)”由于大量提升空間未被挖掘，僅用部分節(jié)點(diǎn)參加測(cè)試，只獲得排名第六。而國(guó)際TOP500排名第三的美國(guó)“紅彬”按HPCG排名竟未上榜，國(guó)際TOP500排名第二的美國(guó)“泰坦”在Craph500榜上無名。

　　“應(yīng)聲蟲”們?yōu)槭裁囱劬χ欢⒅?ldquo;天河”?為什么不同時(shí)說說美國(guó)機(jī)器?看來還是主子的“雙重標(biāo)準(zhǔn)”思維在他們的腦袋里作祟。

　　“‘天河二號(hào)’耗電驚人，不代表人類超級(jí)計(jì)算機(jī)發(fā)展方向。”這是他們抹黑國(guó)產(chǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)的第三個(gè)依據(jù)。

　　能耗問題，是超級(jí)計(jì)算機(jī)繼續(xù)向前發(fā)展的最大障礙。中國(guó)人從“銀河”巨型機(jī)工程開啟時(shí)，就開始認(rèn)識(shí)到這一問題應(yīng)著力予以解決，并為人類破解這一科學(xué)難題貢獻(xiàn)了一系列創(chuàng)新技術(shù)。采用了新型能耗控制機(jī)制的“天河二號(hào)”，按照評(píng)價(jià)能耗的Green500排名標(biāo)準(zhǔn)，與位于國(guó)際TOP500排名第二、第三的美國(guó)“泰坦”“紅彬”相當(dāng)，而遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于排名第四的日本機(jī)器“京”，是一臺(tái)節(jié)能高效的機(jī)器。而“應(yīng)聲蟲”們竟然拿排名比“天河二號(hào)”低兩個(gè)數(shù)量級(jí)的機(jī)器比能耗，得出“天河二號(hào)”高能耗的結(jié)論。這不僅是“雙重標(biāo)準(zhǔn)”，更是顛倒黑白、危言聳聽!

　　還有人說：“‘天河二號(hào)’用的微處理器，相當(dāng)部分是進(jìn)口CPU，根本談不上自主創(chuàng)新。”

　　還是一個(gè)科學(xué)家說得好：“難道我們建房子，有一部分磚不是自己燒制的，就說這房子不是我們自己建的了?”其實(shí)，憑著“飛騰1500”的質(zhì)量，完全可以100%“中國(guó)芯”，之所以只能“部分”，是由于應(yīng)用軟件大部分是進(jìn)口的，只能在進(jìn)口微處理器上運(yùn)行。因此，國(guó)產(chǎn)微處理器只能用于服務(wù)陣列。

　　“中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)發(fā)展重視硬件、輕視軟件，‘天河二號(hào)’一些用戶需要10年時(shí)間來編寫必要的代碼，用戶分布單一，應(yīng)用程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家。”這是那些網(wǎng)絡(luò)大V們唱衰中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)又一論調(diào)。

　　用戶果真需要10年編寫代碼嗎?天河人一針見血地指出：“這是把某些應(yīng)用領(lǐng)域較長(zhǎng)的開發(fā)期與在‘天河二號(hào)’上實(shí)際應(yīng)用時(shí)較短的移植周期混為一談。”

　　又是混淆視聽、刻意抹黑!

　　聽著這些“應(yīng)聲蟲”“憤青”怨婦般對(duì)國(guó)產(chǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)絮絮叨叨，不禁讓人想起2010年11月國(guó)際TOP500在美國(guó)頒獎(jiǎng)時(shí)發(fā)生的一幕。

　　那天，國(guó)際TOP500撰稿人剛一宣布“天河一號(hào)”世界排名第一，會(huì)場(chǎng)便像炸了鍋似的沸騰起來，與會(huì)者發(fā)出一片驚愕聲。上臺(tái)領(lǐng)獎(jiǎng)的國(guó)防科技大學(xué)代表劉光明還未走下領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)，一名美國(guó)記者就帶著一臉憤怒與不屑，迫不及待地站起來質(zhì)問國(guó)際TOP500撰稿人：“你們覺得以LINPACK應(yīng)用實(shí)測(cè)性能為排名標(biāo)準(zhǔn)是科學(xué)的嗎?”

　　自從國(guó)際TOP500創(chuàng)立以來，已經(jīng)運(yùn)行了30多年的排名標(biāo)準(zhǔn)，從未有人對(duì)其科學(xué)性提出過質(zhì)疑，而中國(guó)“天河一號(hào)”奪得頭名了，就有人(包括一些科學(xué)家)認(rèn)為它不科學(xué)了。這實(shí)在耐人尋味。

　　不過仔細(xì)想想也是，正如新華社知名記者白瑞雪所言：“超級(jí)計(jì)算機(jī)排名，可不是劉翔與羅伯斯的110米欄比賽，腳往欄上一跨就勝負(fù)分明，它顯然要復(fù)雜得多。”

　　國(guó)際TOP500機(jī)構(gòu)采納了質(zhì)疑者們的建議，在廣泛征求業(yè)內(nèi)人士的基礎(chǔ)上，又設(shè)計(jì)了超級(jí)計(jì)算機(jī)高性能共軛梯度(HPCG)基準(zhǔn)測(cè)試排行榜。

　　對(duì)于超級(jí)計(jì)算機(jī)高性能共軛梯度(HPCG)基準(zhǔn)測(cè)試排行榜與國(guó)際TOP500排行榜的關(guān)系，白瑞雪也有一個(gè)非常形象的比喻：“這就相當(dāng)于兩套考卷，國(guó)際TOP500運(yùn)用的LINPACK，是已經(jīng)使用了30年的標(biāo)準(zhǔn)考卷A卷，而高性能共軛梯度(HPCG)則是近期推出的B卷。前者主要考查計(jì)算速度，而后者主要衡量應(yīng)用性能。”

　　2014年11月，國(guó)際TOP500機(jī)構(gòu)首先發(fā)布第44屆世界超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜，“天河二號(hào)”當(dāng)仁不讓地榮獲“四連冠”。次日，國(guó)際TOP500組織首次正式發(fā)布超級(jí)計(jì)算機(jī)高性能共軛梯度(HPCG)基準(zhǔn)測(cè)試排行榜，“天河二號(hào)”還是位居世界第一。也就是說，無論是考查速度的A卷，還是考查應(yīng)用性能的B卷，“天河二號(hào)”都是“狀元”!

　　“天河二號(hào)”，是名富其實(shí)的“世界學(xué)霸”“雙料冠軍”!

　　也許這依然難以堵住那些“應(yīng)聲蟲”“憤青”們的嘴，他們還會(huì)氣壯如牛地“雞蛋里挑骨頭”。那就讓他們挑好了，只要自己足夠強(qiáng)大，就會(huì)在挑刺中變得更強(qiáng)大。再說天河人也從來沒把第一看得那么重，正如領(lǐng)獎(jiǎng)代表盧宇彤說：“盡管‘天河二號(hào)’連續(xù)幾次奪冠，但中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)離世界第一還早著呢。美國(guó)在超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域仍處于主導(dǎo)地位。”

　　倒是外國(guó)科學(xué)家對(duì)“天河二號(hào)”前景非常看好。國(guó)際TOP500主要撰稿人杰克·唐加拉預(yù)言：“在2017年以前，我看不到美國(guó)及其他國(guó)家有什么機(jī)器可以與‘天河二號(hào)’競(jìng)爭(zhēng)。”

 

　　尾聲：超越?jīng)]有終點(diǎn)

 

　　雖然異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)作為主流技術(shù)，在超級(jí)計(jì)算機(jī)研制領(lǐng)域風(fēng)頭正勁，但它同樣改變不了科學(xué)發(fā)展“后浪推前浪”的鐵律。異構(gòu)融合時(shí)代與計(jì)算機(jī)技術(shù)所經(jīng)歷的電子管時(shí)代、晶體管時(shí)代、集成電路時(shí)代、并行計(jì)算時(shí)代一樣，終將進(jìn)入“冰封”時(shí)期，而且這種跡象已逐漸顯露出來。正如中國(guó)科學(xué)院院士、國(guó)防科技大學(xué)校長(zhǎng)、CPU+GPU異構(gòu)融合技術(shù)創(chuàng)始人楊學(xué)軍在學(xué)術(shù)報(bào)告《并行計(jì)算六十年》中所言：“生物分子模擬、航空宇宙計(jì)算、颶風(fēng)預(yù)測(cè)等超算高端應(yīng)用的不斷增長(zhǎng)，不斷推動(dòng)高性能計(jì)算繼續(xù)向前發(fā)展?，F(xiàn)在，超級(jí)計(jì)算正處于從P級(jí)向E級(jí)過渡時(shí)期，而面向E級(jí)的超算正面臨著巨大的挑戰(zhàn)?？茖W(xué)界把這些挑戰(zhàn)比作‘墻’，比如‘存儲(chǔ)訪問墻’‘通信墻’‘可靠性墻’‘能量墻’等等，現(xiàn)在這些‘墻’正隨著超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)算性能的不斷抬升而越筑越高。”

　　而與此同時(shí)，超級(jí)計(jì)算機(jī)的國(guó)際政治地位和國(guó)家戰(zhàn)略地位卻在不斷飆升。

　　2014年夏，剛從黨派紛爭(zhēng)動(dòng)亂中平靜下來的烏克蘭，又突然陷入動(dòng)蕩，親俄總統(tǒng)被親美分子轟下總統(tǒng)寶座，國(guó)家外交天平又向北約傾斜。俄羅斯總統(tǒng)為保后院安全，捍然出兵克里米亞。美國(guó)和歐盟國(guó)家群起從政治、外交、經(jīng)濟(jì)等層面“圍剿”俄羅斯。面對(duì)咄咄逼人的制裁，俄羅斯總統(tǒng)普京放出狠話：“別忘了俄羅斯是戰(zhàn)略武器大國(guó)!”

　　“別忘了俄羅斯是戰(zhàn)略武器大國(guó)”，既亮出了一個(gè)國(guó)家的底氣，也彰顯了當(dāng)今戰(zhàn)略武器的世界政治地位，并標(biāo)志著大國(guó)以戰(zhàn)略武器對(duì)峙為標(biāo)志“冷戰(zhàn)”再次拉開序幕。

　　面對(duì)俄羅斯的強(qiáng)硬，西方國(guó)家尤其是美國(guó)出人意料地保持沉默。那是因?yàn)樗麄冎溃约阂劳惺澜缟献顝?qiáng)大的超算平臺(tái)研制的那些世上最完備的戰(zhàn)略武器系統(tǒng)，不用“晾曬”，世人也早就看在眼里、懼在心里。

　　幾個(gè)月后，美國(guó)能源部突然宣布：美國(guó)將投資3.25億美元建造兩套超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其計(jì)算速度將超出連續(xù)四次獲得國(guó)際TOP500排名第一的中國(guó)“天河二號(hào)”3至4倍，重新奪回世界桂冠。

　　美國(guó)能源部官員對(duì)此的解釋是：“超級(jí)計(jì)算是國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略領(lǐng)域，也是美國(guó)的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域?，F(xiàn)在這一優(yōu)勢(shì)正在發(fā)生改變，對(duì)此，美國(guó)政府不能置若罔聞。”

　　媒體和網(wǎng)民對(duì)它的解讀就更豐富、更有意思了：

　　俄羅斯媒體說：“美國(guó)這一決定，是在告訴我們的普京大帝：你就別用戰(zhàn)略武器嚇唬我了，就憑著我比你強(qiáng)過百倍、千倍的超級(jí)計(jì)算機(jī)，就可以永遠(yuǎn)保持比你強(qiáng)大得多的戰(zhàn)略武器系統(tǒng)。”

　　美國(guó)網(wǎng)民認(rèn)為：“美國(guó)經(jīng)濟(jì)遇到麻煩了。政府的這一投資，是在增強(qiáng)推動(dòng)創(chuàng)新的引擎，牽引經(jīng)濟(jì)向前發(fā)展。”

　　中國(guó)的網(wǎng)民說：“山姆大叔在連年削減軍費(fèi)的情況下，還舍得花血本與中國(guó)爭(zhēng)國(guó)際TOP500桂冠，既讓人嗅到濃濃的醋酸味，更讓人想到了他的‘亞太再平衡’，想到他和日本在中國(guó)的東海、南海、香港攪局的那些事。”

　　……

　　不管媒體怎么說、網(wǎng)民怎么猜，擺在中國(guó)超算人面前的事實(shí)是：別人已經(jīng)指名道姓放馬過來。

　　正當(dāng)超級(jí)計(jì)算機(jī)決戰(zhàn)硝煙再次燃起之際，經(jīng)全國(guó)人民投票，天河團(tuán)隊(duì)當(dāng)選中央電視臺(tái)“感動(dòng)中國(guó)”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。

　　國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)也發(fā)布公告——“天河一號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)榮獲國(guó)家科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)!

　　面對(duì)挑戰(zhàn)與褒獎(jiǎng)、壓力與期待，天河人淡定地說：“大國(guó)在超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域相互超越已成常態(tài)的情況下，我們的選擇只有一個(gè)，那就是超越、超越、再超越!”

　　高科技競(jìng)爭(zhēng)，是一場(chǎng)沒有終點(diǎn)的長(zhǎng)征。

　　征戰(zhàn)者永遠(yuǎn)在路上!

 

　　(選自《決戰(zhàn)崛起——中國(guó)超算強(qiáng)國(guó)之路》，國(guó)防科技大學(xué)出版社，2015年9月出版)

 

　　作者簡(jiǎn)介：

　　龔盛輝，湖南江永人，1989年畢業(yè)于西安政治學(xué)院，現(xiàn)任國(guó)防科技大學(xué)?？庉嫴烤帉?，中國(guó)作家協(xié)會(huì)會(huì)員，湖南省報(bào)告文學(xué)學(xué)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)。1994年開始文學(xué)創(chuàng)作，先后出版長(zhǎng)篇報(bào)告文學(xué)《鑄劍》《決戰(zhàn)崛起》《向著中國(guó)夢(mèng)強(qiáng)軍夢(mèng)前行》《國(guó)防之光》和長(zhǎng)篇小說《絕境無淚》，發(fā)表中篇小說《老大》《通天橋》《與我同行》等10余篇，報(bào)告文學(xué)作品先后獲得中宣部五個(gè)一工程獎(jiǎng)、全軍優(yōu)秀文學(xué)藝術(shù)獎(jiǎng)特別獎(jiǎng)、湖南省五個(gè)一工程獎(jiǎng)，小說作品多次獲得全軍文藝新作品獎(jiǎng)、昆侖文學(xué)獎(jiǎng)。因創(chuàng)作成績(jī)突出，經(jīng)總政治部批準(zhǔn)記二等功一次。