■科技資源 開放共用

　　本報記者張 強特約記者王握文通訊員李 璇

　　“天河二號”究竟有多快？其峰值計算速度每秒5.49億億次、持續計算速度每秒3.39億億次雙精度浮點運算。假設每人每秒鐘進行一次運算，它運算1小時，相當於13億人同時用計算器計算一千年！

　　“天河二號”存儲容量又有多大？其記憶體總容量1400萬億字節，存儲總容量12400萬億字節，相當於可存儲600億冊每冊10萬字的圖書，如果以國家圖書館2500余萬冊的藏書量為例，其存儲量相當於2400個國圖！

　　這樣驚人的速度和存儲容量讓來自中國的“天河二號”兩年之內，連續四度問鼎世界速度之巔。從被認為國際超算領域殺出的“一匹黑馬”，到如今“蟬聯榮耀”，每一項可喜成績的背後，都凝聚了“天河人”的超常勇氣與辛勤付出。

　　披荊斬棘，緊盯第一再超越

　　這是一場只有起點沒有終點的衝刺，要想在國際超算領域的“群雄逐鹿”中突出重圍，面對的不僅僅是近乎殘酷的激烈比拼，更有接連不斷的超越與被超越。

　　2010年11月17日，中國“天河一號”超級電腦首次摘得國際超級電腦500強排行榜桂冠的喜悅。時隔僅僅8個月，日本一台名為“京”的超級電腦就將“天河一號”擠下冠軍臺。之後，美國研製的“紅杉”“泰坦”先後坐上世界第一的交椅，“天河一號”排名滑落至第8名。

　　中國超算難道僅僅就是曇花一現？失去冠軍的“天河”又該何去何從？面對各行各界的紛紛質疑，“天河人”認真總結成功經驗，深入分析既有優勢和存在不足，對國際超算發展做出了“三個沒有改變”的判斷，即：西方在資訊技術領域的優勢地位沒有改變，美國在超級計算領域的主導地位沒有改變，世界強國爭奪超級電腦領先地位的態勢沒有改變。

　　事實上，從“天河一號”問世那天起，“天河二號”的攻關就打響了。

　　不斷探索、不斷研製，不斷發展、不斷超越，為了締造“中國速度”的再度輝煌，“天河”創新團隊著眼國際高性能計算發展趨勢，成立多個課題小組，組織精幹的技術力量，瞄準億億次級超級電腦展開新的攻關。

　　在先期技術攻關基礎上，2011年12月，他們申報的國家科技部“十二五”863計劃“高效能電腦研製”重大項目，順利通過立項評審。

　　與此同時，國防科技大學積極與廣東省、廣州市、中山大學簽署合作協議，通過軍民融合式發展，共建廣州超級計算中心，並於2012年5月，實現了廣州超級計算中心在中山大學的正式揭牌，由國防科技大學提供的一套340萬億次的天河先導系統隨即開通，投入應用。

　　狹路相逢勇者勝。在“天河人”廢寢忘食的努力下，“天河二號”超級電腦相繼突破了一系列核心關鍵技術，並在2013—2014兩年間，在連續四屆的世界超級電腦500強排行榜的評選中，以其大幅領先的運算速度、品質優越的綜合性能，成功擊敗國際超級電腦研發領域的“各路諸侯”，創造了世界超算之巔的“四連冠”！

　　自主創新，瞄準前沿求突破

　　“天河二號”工程副總指揮李楠研究員告訴記者，“天河二號”具有五大特點：一是高性能，峰值速度和持續速度都創造了新的世界紀錄。二是低能耗，能效比為每瓦特19億次，達到了世界先進水準。三是應用廣，主打科學工程計算，兼顧了雲計算。四是易使用，創新發展了異構融合體系結構，提高了軟體相容性和易編程性。五是性價比高。

　　與此同時，“天河二號”的多項自主關鍵技術令世界矚目：高速互連系統性能是當前國際商用互連系統的兩倍，綜合化能耗控制機制實現了國際先進的能效比，“飛騰-1500”CPU構建出高安全高吞吐率的服務陣列，高密度高精度組裝結構使得這臺系統的佔地面積與“天河一號”相當，性能卻提升了11.6倍……

　　高性能、高能效從何而來？“天河二號”工程總指揮、總設計師廖湘科研究員説：“這一切都源於瞄準國際前沿的自主創新，是自主創新推動了中國超算的跨越式發展。”

　　“天河一號”採用的“CPU+GPU異構融合體系”，就是一條不同於此前任何系統的技術路線。幾年來，因其低能耗、低成本、高整合度等優點，這種結構成為國際主流。在此基礎上，科研人員邁出大膽創新的又一步，為“天河二號”設計出“新型異構多態體系結構”，實現了微異構計算陣列和新型並行編程模型和框架，提升了應用軟體的相容性、適用性和易用性，不僅大幅提高了系統計算速度，還將其應用從科學計算拓展至大數據處理、大規模資訊服務等多個領域。美國、德國、日本等國科學家甚至預言，“天河”必將再次引領世界超算結構的發展潮流。

　　研製過程中，科研人員還在國家重大專項支援下，自主研製出當前國內主頻最高的新一代高性能通用“飛騰-1500”CPU。“天河二號”的服務陣列就是基於“飛騰-1500”CPU構建的，用於支撐高吞吐率和高安全的資訊服務類應用。

　　此外，“天河二號”通過採用綜合化的能耗控制，設計實現了面向高效能計算的層次式優化框架、自適應能耗控制演算法及低損耗、高效率的電源設計，有效提高了系統的能效比，達到了世界先進水準。“天河二號”還在高速互連、新型層次式加速存儲架構、容錯設計與故障管理、綜合化能效控制、高密度高精度結構工藝等方面也取得了一系列創新和突破。

　　 整合資源，群策群力齊攻關

　　面向大科學、大工程應用的超級電腦系統，研製過程本身也是一個大工程。國防科技大學整合優勢科研資源，高性能計算、高性能微處理器技術、基礎軟體技術、網路技術4個團隊強強聯合，合力打造了“天河二號”的軟硬體系統。

　　2013年6月，“天河二號”以其峰值計算速度每秒5.49億億次、持續計算速度每秒3.39億億次的優越性能，繼2010年“天河一號”首度奪冠後再次問鼎。然而，“天河”團隊並沒有因此停下腳步，隨即又馬不停蹄地投入到更深層次的科研攻關中。

　　據“天河二號”主任設計師盧宇彤介紹，僅僅是為了將網路互連軟體性能參數調整到適應硬體的最佳狀態，科研人員們就在3個月的時間裏進行了上億次測試實驗。

　　“周周5加2，天天白加黑”，成為“天河人”的工作常態。為了不斷提高GPU的計算效率，“天河二號”主任設計師楊燦群研究員和課題組成員把自己封閉起來，開始長達4個月的攻關，平均每天要進行上百次的實驗，“早上一起床就開始幹，一幹就是一整天，晚上睡覺一閉上眼睛，螢幕上的數據還在腦海裏滾動。”在經過了8萬多次實驗與性能優化後，他們終於發現了GPU的內在規律，找到了提高計算效率的突破口，使GPU的計算效率達到了70%，創造了又一個世界的奇跡。

　　那些日子裏，一名主任設計師的女兒6月份參加高考，可她卻為了“天河二號”，沒有更多時間來照顧女兒。她給女兒發的一條短信寫道：孩子，媽媽幹的是國家的大工程，也像你準備高考一樣到了衝刺的階段，讓我們一起完美衝過終點線吧。

　　“我們團隊的每個人都有強烈的協作意識，都是系統中不可或缺的‘元器件’。”“天河二號”副總品質師胡慶豐説，每當遇到技術瓶頸時，“天河”團隊總是群策群力，集智攻關，以致于很多設計思想、創新點子説不清到底該屬於誰。成果即便獲獎，也只能署少數人的名字，但大家面對榮譽得失，總是胸懷坦蕩：“能參與這樣大的國家工程，我們感到無比自豪。”

　　不知從什麼時候開始，“銀河”系列巨型機研製過程中形成的“胸懷祖國、團結協作、志在高峰、奮勇拼搏”的“銀河精神”就成為“天河人”永遠堅守的精神高地。把五星紅旗插上世界超算之巔，這就是“天河人”始終追逐的中國超算夢！