【见证强军之路】第七集:从"银河"到"天河"中国高性能计算机

来源:央广国防时空    作者:闵宁    人气:    发布时间:2019-04-13    

1978年,邓小平把研制我国第一台巨型计算机的任务郑重交给国防科技大学。40年来,国防科大的科研人员不辱使命、勇攀高峰,从“银河”实现我国巨型机零的突破,到“天河”在世界超算速度称雄,从“跟跑”到“领跑”书写下中国科技发展的一个又一个辉煌。
  【见证强军之路】:从"银河"到"天河"--中国高性能计算机问鼎之路

从“银河”到“天河”——中国高性能计算机问鼎之路

  见证人:国防科技大学计算机科研团队 

从“银河”到“天河”——中国高性能计算机问鼎之路

92岁高龄的胡守仁教授

今年92岁高龄的国防科技大学教授胡守仁,头发花白,面容慈祥,是我国“银河”亿次巨型机研制者之一。老人回忆,改革开放之前,由于我国没有巨型计算机,勘探石油和矿藏数据不得不用飞机送到国外去计算处理,不仅费用昂贵,而且数据首先要被外国专家掌握。受制于人的窘境至今让胡老感慨不已。
  胡守仁:“我们国家的计算机搞得比西方国家晚好多年,国际上是1946年第一台计算机就研制出来了,我们是1958年开始研制计算机,差距是比较大的,而计算机很重要,不管是搞经济、军事、文化各个方面,都需要计算机。”

从“银河”到“天河”——中国高性能计算机问鼎之路

1946年2月14日,世界第一台计算机问世

为加速关键领域科研进展,我国曾花巨额外汇从某国购进一台巨型计算机,然而对方提出苛刻条件,要给计算机建造一个“安全区”,中国人无权靠近这个用人民血汗钱换来的核心设备。
  胡守仁:“有一个条件,要在你的机房里搞一个‘小房子’。我们的人不能进去,我们使用的情况他们却都掌握了,这些人的费用还是我们出的。你看气不气人啊!”
  1978年年底,伴随着改革开放脚步,科学的春天到来了。在中央召开的一次重要会议上,邓小平同志提出:“中国要搞四个现代化,不能没有巨型机!”年过半百的慈云桂教授代表国防科技大学计算机科研团队,拍着胸脯接过任务,并立下军令状。
  国防科技大学张民选教授:“当时,邓小平同志就跟张爱萍讲,巨型机就由你们做算了,但是要签个字,也就是要签个军令状,然后张爱萍一个电话就把慈云桂叫过去了,连夜就赶到北京,他表个态,就这样给国防科技大学了。” 

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慈云桂教授

张民选教授今年64岁,“银河-Ⅰ”巨型计算机项目启动时,刚刚走出大学校门,意气风发。根据组织安排,他参与了主机设计工作。
  当时,我国工业基础薄弱,加工设备简陋,元器件落后。在这样的条件下,整个科研团队设计巨型机的艰难程度可见一斑。
  张民选:“那个时候,搞硬件的人靠画图,电路是一个一个画出来的,现在写一句话就行了,那个时候画图画半个月。从小规模集成电路开始设计,先画图,三极管、二极管,把集成电路做出来,再用这几种电路做计算机。” 

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“银河-Ⅰ”巨型计算机

改革开放后,部分元器件可以进口。这让整天趴在桌子上面画图搞设计的张民选看到了新机遇。
  张民选:“以前的存储器是磁芯的,做起来很难,弄起来也很慢,国际上已经有半导体的东西了,做到集成电路里面一块,一块里面就很大的容量。我们采取引进的思路,用了半导体存储器。这是利用了改革开放的优势。” 

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“银河-Ⅰ”攻关小组(从左往右:王振青、胡守仁、慈云桂、陈火旺)

6年研制时间,一天不能拖延;运算速度每秒1亿次,一次也不能少……面对严格的时间表和硬指标,张民选和战友们在挫折中寻找突破。
  张民选:“设计的时间长,技术工作量也大,天天上班,晚上一般到10点半,最后争取了两毛八还是三毛二的补贴,没发钱,为了使大家身体好一些,做一碗水饺,就在食堂里面搞个夜宵。”
  张民选教授和“银河-Ⅰ”攻关团队的同事们闯过了理论、技术和工艺方面的一个个难关,最终提前一年完成研制任务。
  张民选:“鉴定的时候非常严格,要运行很长时间,连续运行还不能出错,每次都是人工关机的,可靠性非常高,再就是软件开发,跟用户紧密结合。”
  1983年12月26日,我国第一台亿次巨型计算机通过国家技术鉴定,并命名为“银河-I”。这标志着:中国成为继美国、日本之后第3个能独立设计和制造巨型计算机的国家。

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1984国庆35周年阅兵现场(资料图)

1984年10月1日,在新中国成立35周年国庆大典上,我国首台“银河”巨型计算机模型受阅通过天安门广场,向全世界展示中国科研的最新成果。
  从“银河-Ⅰ”研发团队中的年轻一代,到全程参与、见证国防科技大学“天河”事业,张民选也由普通设计师成长为主管设计师、副总设计师、副总设计师兼总质量师。他说,是改革开放的好时代给了自己机会和平台。
  张民选:“研制‘银河-Ⅰ’的时候,我相当于辅助设计师。研制‘银河-Ⅱ’的时候,我相当于是浮点部件的主管设计师。在‘银河-Ⅲ’的时候,体系结构要变,人员相当于换代了,我是副总设计师,能够给国家干一个重点项目,很光荣。”
  此后,“银河-Ⅱ”十亿次、“银河-Ⅲ”百亿次巨型计算机相继问世并投入应用,有力推动了我国石油和地质勘探、中长期天气数值预报、卫星图像处理以及国防等领域的现代化建设。

从“银河”到“天河”——中国高性能计算机问鼎之路

1983年12月22日,我国第一台每秒钟运算达1亿次以上的计算机——“银河”在长沙研制成功。

面对成绩和荣誉,张民选经常想起那些倒下的战友:43岁的蹇贤福倒在了工作岗位上,年仅35岁的俞午龙牺牲在出差路途中,还有40岁的张树生、41岁的王育民、49岁的钟士熙……为银河事业献出了宝贵的生命。
  张民选:“在‘银河-Ⅱ’研制期间,大家把‘银河精神’提炼成了16个字,就是‘胸怀祖国、团结协作、志在高峰、奋勇拼搏’,激励大家要为祖国增光,无私奉献出自己的聪明才智。”
  作为吸吮着“银河精神”乳汁成长起来的新生代,计算机研究所副所长杨灿群1995年从国防科技大学一毕业,就加入了“银河-Ⅲ”研发团队。2006年,他接过老一辈“银河人”手中的接力棒,开始带队伍,挑起了“天河一号”关键创新技术的研发重担。
  杨灿群:“当时总师组给了我一个任务,想把GPU用起来做科学计算,我就带着这个小团队钻得很深,进一步地把相关的软件硬件的基础全部给补起来。”

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 "天河一号"超级计算机满负荷运行(资料图)

“天河一号”超级计算机最大的创新就是在国际上首创“微处理器”+“加速器”相结合的“异构融合”计算体系结构。为了优化加速器性能,杨灿群带领团队夜以继日泡在机房,满脑子都想着密密麻麻的代码。
  杨灿群:“性能有没有办法提高,晚上闭上眼睛也在想,躺在床上这个数据好像也在脑子里滚动,觉得CPU那个值是不对的,就想起来证实一下。当时查出来CPU还有一个核没用好,再把CPU这个值由20多调到30,这样整个效率就高了。”
  历时4年,数万次实验,杨灿群和战友们把我国首台千万亿次超级计算机系统“天河一号”推上世界超算舞台中央,以每秒钟1206万亿次的峰值运算速度夺得世界第一。
  杨灿群:“最后是10月底提交的数据,后面就是等着排名,后来得到这个消息了,确实世界第一了,至少觉得自己没有白费力气,这个世界第一还是我们干出来的,确实是挺自豪的,大家那段时间过的苦日子也觉得很值,对外面也可以拍着胸脯说,这个系统是我们做的!”

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“天河一号”

然而,“天河一号”世界冠军的光环只保留8个月,排名就滑落到第8名。久经考验的杨灿群坚信,中国超算速度绝不是昙花一现。经过改进,两年之后,“天河二号”的超算速度重返世界之巅,并且连续6次蝉联冠军。
  面对成功,杨灿群内心平静,因为世界超算领域竞争激烈,稍稍松口气就会被一些大国赶超。他和战友早已把目光瞄准了“天河二号”升级任务。
  可是,时间不长,坏消息突然传来。一批国外进口的商用元器件遭遇禁运。
  杨灿群:“不能说是禁运,我们就干不成了,当时我们大家也觉得,这是一件好事,倒逼着我们必须有志气,逼着我们进步。我们当时规划需要两年时间,要自己研制加速器,最复杂的还有,上面配套的软件要做完。”
  这套软件最大的开发难度在于,没有加速器实体平台可依托。作为负责人,杨灿群提出,首先构建模拟环境,再编写代码。
  杨灿群:“我们的加速器也在研制中。我要做软件必须要有一个模拟平台,编代码不行。我要试我的设计方案对不对,能不能运行。这里面存在代码复杂、代码层次多、代码规模大等很多困难。我们过去对‘异构’技术有些积累,再想一些办法构建模拟环境,到2017年用自主加速器就把这个系统给构建完成了。”
  顺利升级后的“天河二号”超级计算机,运算速度超过10亿亿次。这标志着我国掌握了自主研制超级计算机的关键核心技术。

从“银河”到“天河”——中国高性能计算机问鼎之路

天河二号(资料图)

从参与“银河-Ⅱ”研究,到成为“天河二号”项目总设计师,国防科技大学计算机学院院长廖湘科院士也见证了中国高性能计算机的问鼎之路。他说,比运算速度更重要的是应用。如今,以“天河”超级计算机为业务主机的国家天津、广州、长沙三大超算中心已经构建起六大应用服务平台,为国内外1000多家用户提供高性能计算和云计算服务,支撑2000多项重点课题研究。
  廖湘科:“包括现在一些药物的研制,进度之所以比较快,也是用的高性能计算;现在我们城市的管理,比如说智能调度、摄像头、天眼的很多管理,它也用的高性能计算。所以我们现在城市管理水平的提升,也是跟这个有很大的关系。目前实际上来讲,超算的应用领域和我们老百姓的生活已经是息息相关。”

从“银河”到“天河”——中国高性能计算机问鼎之路

国家超算天津中心

40年来,伴随着改革开放的脚步,我国高性能计算技术实现了从“跟跑”到“领跑”的历史跨越,像“80后”科研骨干王睿伯一样的新一代也快速成长起来,扛起“银河精神”战旗,朝着科技领域的一个又一个高峰发起冲锋。
  “我们有信心推进下一代E级超级计算机的研制。既然选择了做高性能计算机,那就要把全链条做好,一方面是向前冲,就是瞄准前沿技术,在关键技术上实现突破,做国际领先,因为我们已经是国际一流水平,至少是继续保持国际一流水平。”


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责任编辑:闵宁