超級電腦天河一號誕生記:攻堅克難打造國之重器

   “坐地日行八萬里,巡天遙看一千河。”作為我國首臺千萬億次超級電腦,“天河一號”在問鼎世界超算之最後並沒有停下腳步,將産學研結合樹立為新方向,成為多個産業領域的核心競爭力。

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  如今,依託“天河一號”班底,新一代國産百億億次超算“天河三號”的研製已經啟航。
  
  “無限風光在險峰”:自主創新問鼎世界高峰
  
  國家超算天津中心主任劉光明説,作為世界上曾經運算速度最快的超級電腦,“天河一號”最突出的特點在於其超強的運算能力,持續速度每秒2570萬億次浮點運算、峰值速度4700萬億次。“天河一號”運算1小時,相當於全國13億人同時計算340年以上。更難能可貴的是,它在諸多領域實現了創新突破,叫響了“中國創造”的品牌。
  
  “天河一號”在國內首次創新性地採用了異構體系架構。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採用該技術,這是中國科學家對世界超算技術的重要貢獻,引領了超算技術的潮流。
  
  由中國自主研製的超算高速互聯通信系統也是其優勢所在。劉光明介紹,“天河一號”內數萬個CPU和GPU通過該系統實現資訊交換,相當於編織起了龐大、高效的神經網路。該系統的通信能力是當時美國主流商業晶片的兩倍。
  
  還有兩項創新分別來自硬體和軟體領域,即配備了自主研製的飛騰CPU晶片及麒麟作業系統,兩項創新均出自國防科技大學。
  
  “待到山花爛漫時”:攻堅克難打造國之重器
  
  超級電腦是世界高端資訊技術領域的戰略制高點,也是體現科技競爭力和綜合國力的重要標誌。“天河一號”的出現,打破了國外在高性能計算核心領域的技術封鎖和限制政策,為解決我國經濟、國防、科技等領域的挑戰性問題提供了重要手段。
  
  “天河一號”系統在2010年第36屆世界超級電腦500強排行榜上名列榜首。“這一刻,中國人等了20多年!”回首往事,劉光明至今激動不已。
  
  他説,2010年受邀參加在美國新奧爾良舉行的全球超級電腦500強排行榜正式公佈和頒獎儀式時,有外國人曾對中國産的超級電腦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佔據。
  
  讓劉光明更為揚眉吐氣的是,當中國研製的“神威太湖之光”“天河二號”接踵登頂世界超算高峰時,國外科學界已經習以為常。
  
  基於“天河一號”超級電腦的自主核心技術的國際影響,歐盟主動與天津超算中心開展了高性能計算技術的項目合作,共同研討未來超級電腦及應用技術的發展,為下一代超級計算技術研發提供指導。
  
  劉光明指出,超算的核心技術是高端資訊技術的制高點,它包括了CPU設計、超大型積體電路設計、作業系統等,是一項牽牛鼻子的科研工作,可帶動高端資訊技術創新和應用創新以及其他學科研究的全面快速和持續發展。
  
  “風物長宜放眼量”:廣泛應用再譜超算新章
  
  “天河一號”成為目前世界上獲得廣泛應用的超級電腦,國外超算應用往往只針對某幾個領域,“天河一號”則覆蓋了高性能計算的各個領域,包括石油物探、基因測序、裝備製造等,力求在産學研結合中,讓國之重器成為服務於經濟發展的國之利器。
  
  目前,“天河一號”已經滿負荷運作,每天運作的計算任務超過1400個,每天有千余個科研團隊借助天河一號開展科研工作。經過多年努力,“天河一號”實現了支撐國家重大科技項目與商業化應用的有機結合,對外服務主要聚焦在了“算天、算地、算人”上:
  
  ——“算天”:計算分析大型飛機外形的空氣動力特性;研究全球氣候變化,實時預報氣象;對天體的演變進行建模和理論試驗。
  
  ——“算地”:研發我國自主的石油地震勘探數據分析核心軟體,將地下成像數據處理速度由過去的30天提高到16小時。
  
  ——“算人”:中心與華大基因合作,破解人類“基因組學”研究中面臨的海量數據存儲和處理的技術瓶頸;軍事醫學科學院、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。
  
  劉光明説,“十三五”期間,中心計劃研製中國新一代百億億次超級電腦。該中心同國防科技大學聯合開展的我國新一代百億億次超級電腦樣機研製工作已經啟動,預計今年底至2018年初完成。根據規劃,它的浮點計算處理能力將達到10的18次方,是現在“天河一號”超算的200倍。

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