天河一號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)的作用

　　“天河一號(hào)”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(gè)能夠研制千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)的國家。目下面是小編整理的關(guān)于天河一號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)的作用，歡迎大家參考!

　　天河一號(hào)超級(jí)計(jì)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(jì)算服務(wù)機(jī)時(shí)超過140萬，運(yùn)行計(jì)算任務(wù)超1000個(gè)，每天都有數(shù)百個(gè)科研團(tuán)隊(duì)通過這個(gè)‘超級(jí)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(jí)超級(jí)計(jì)算中心。

　　據(jù)國家超級(jí)計(jì)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(bào)中心、中國氣象局、軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院、國家天文臺(tái)、北京大學(xué)、清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)等。“‘天河一號(hào)’超級(jí)計(jì)算機(jī)現(xiàn)在每天為用戶提供計(jì)算服務(wù)機(jī)時(shí)超140萬，運(yùn)行計(jì)算任務(wù)超1000個(gè)，每天都有數(shù)百個(gè)科研團(tuán)隊(duì)通過這個(gè)‘超級(jí)大腦’開展科研工作。”劉光明自豪地說。

　　超級(jí)計(jì)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(jì)分析發(fā)動(dòng)機(jī)和外形，使得火箭和飛機(jī)飛得快、省油;計(jì)算天氣變化，預(yù)報(bào)氣象，預(yù)測(cè)未來氣候變化等等;為大地做體檢，探明地下石油儲(chǔ)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(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)和天津超算中心技術(shù)隊(duì)伍的實(shí)力，“天河一號(hào)”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(duì)我國科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)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(jí)超級(jí)計(jì)算中心。

　　天河一號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)功能

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

　　這是一個(gè)歷史性的時(shí)刻。從1983年中國科學(xué)家研制成功“銀河”第一代巨型計(jì)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(hào)”,被譽(yù)為“國之重器”。

　　這個(gè)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(duì)于高性能計(jì)算機(jī)，歐美國家長期對(duì)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(tái)計(jì)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(duì)出口中國的高性能計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)視，即在計(jì)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(jí)計(jì)算機(jī)“天河一號(hào)”，勇奪國際TOP500排名第一�？傇O(shè)計(jì)師楊學(xué)軍在接受新華社記者采訪時(shí)，曾沉重地談到自己親眼看到玻璃房子的心情：“這段真實(shí)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(duì)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(jì)算機(jī)科技人員坐不住了。這位國防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)系、計(jì)算機(jī)研究所的創(chuàng)始人，率領(lǐng)國防科大計(jì)算機(jī)科研隊(duì)伍，在1983年12月研發(fā)出中國第一臺(tái)億次巨型電子計(jì)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(jì)和制造巨型機(jī)的國家。慈云桂被稱為中國巨型計(jì)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(mèng)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(hào)”勇奪國際TOP500排名第一時(shí)，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(jì)算機(jī)開始邁入超級(jí)計(jì)算機(jī)時(shí)代。國際戰(zhàn)略家們認(rèn)為，“超級(jí)計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為國際競(jìng)爭(zhēng)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(shí)施國際TOP500排名。雖然純屬“民間活動(dòng)”，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(shí)，國防科大銀河系列超級(jí)計(jì)算機(jī)關(guān)鍵技術(shù)攻堅(jiān)勢(shì)如破竹。但每當(dāng)中國躍上一個(gè)新臺(tái)階，美國或日本不久便會(huì)宣布研制出世界上運(yùn)算速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)。用行內(nèi)的話說：“我們的超級(jí)計(jì)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(jìng)爭(zhēng)中，卻是天壤之別。在一篇即將付梓的報(bào)告文學(xué)中，作者龔盛輝評(píng)價(jià)這個(gè)“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(duì)別人只能仰視、只能謙卑!

　　只要?jiǎng)e人高了那么“一點(diǎn)點(diǎn)”， 就可以蠻橫地說“這個(gè)不能賣給你中國”“那個(gè)不能賣給你中國”，就可以對(duì)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(duì)決開始

　　進(jìn)入21世紀(jì)，世界超級(jí)計(jì)算機(jī)發(fā)展遭遇“冰封”時(shí)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(jì)算機(jī)體積有幾個(gè)足球場(chǎng)那么大、需要建一個(gè)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(shí)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(duì)展開攻關(guān)。身兼行政領(lǐng)導(dǎo)、型號(hào)總師等數(shù)職的楊學(xué)軍，每周都要抽出兩天時(shí)間與大家交流討論學(xué)術(shù)問題，超過吃飯時(shí)間，他就自掏腰包請(qǐng)大家吃飯，在飯桌上繼續(xù)討論。平時(shí)，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(duì)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)年會(huì)(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(jì)算機(jī)發(fā)展史上第一個(gè)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(jí)計(jì)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(jì)算機(jī)強(qiáng)國的“巔峰”對(duì)決，已經(jīng)開始。

　　貳 出擊

　　“冒險(xiǎn)”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(duì)，開始了一場(chǎng)極富創(chuàng)意甚至有點(diǎn)冒險(xiǎn)的主動(dòng)出擊戰(zhàn)。

　　其時(shí)，國家制定了“先研制兩臺(tái)百萬次超級(jí)計(jì)算機(jī)、再研制一臺(tái)千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)”的“兩步走”戰(zhàn)略。但以楊學(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(jí)計(jì)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(duì)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(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100萬次沖刺的嗎?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，只能永遠(yuǎn)跟在別人后面。

　　雄心再豪邁，最終需實(shí)踐檢驗(yàn)。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(gè)和尚挑水喝，兩個(gè)和尚抬水喝，三個(gè)和尚沒水喝�！卑褦�(shù)千個(gè)CPU、數(shù)千個(gè)GPU組合成一個(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，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(jì)算，就變得非常懶惰，計(jì)算效能只有20%左右。

　　面對(duì)測(cè)試結(jié)果，大家心里涼了半截。楊學(xué)軍聽完情況匯報(bào)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(shí)，楊學(xué)軍掏出手機(jī)，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……”

　　“突擊隊(duì)”在長沙郊區(qū)閉關(guān)半年

　　1983年“銀河一號(hào)”研制成功的消息傳來時(shí)，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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