新一期全球超級計算機(jī)500強(qiáng)榜單20日公布,使用中國自主芯片制造的“神威太湖之光”取代“天河二號”登上榜首,中國超算上榜總數(shù)首次超過美國,名列第一。
相對于天河2號采用Intel的至強(qiáng)PHI計算卡，本次刷榜的“神威太湖之光”從CPU到互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、存儲列陣等關(guān)鍵組成部分全部實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。
如果說天河2號因?yàn)槭褂昧薎ntel的計算卡而被一些別有用心之徒詬病的話，本次完全自主研發(fā)的“神威太湖之光”毫無疑問實(shí)現(xiàn)了中國在高性能計算領(lǐng)域?qū)γ绹哪嬉u。
文︱瞭望智庫特約科技觀察員鐵流
來源：瞭望智庫（zhczyj）
1 在模仿中蹣跚學(xué)步
建國伊始，因軍事和科研上的需要，國家非常重視計算機(jī)技術(shù)研發(fā)。除了積極培養(yǎng)本土人才，并送尖子赴蘇聯(lián)進(jìn)修外，還積極吸引海外留學(xué)歸國人才——這當(dāng)中有曾在蘇聯(lián)進(jìn)修的張效祥教授，有在英國愛丁堡大學(xué)攻讀博士后的夏培肅院士，有在哥本哈根任無線電廠發(fā)展工程師的吳幾康院長，還有非�！巴流M”的張梓昌高級工程師......他們成為建國初期仿制蘇聯(lián)計算機(jī)、自主設(shè)計計算機(jī)的棟梁。
1952年，國家就成立電子計算機(jī)科研小組，由數(shù)學(xué)研究所所長華羅庚負(fù)責(zé)。計算機(jī)小組提出了一臺串行的電子管計算機(jī)的輪廓設(shè)想，性能參數(shù)與EDVAC、EDSAC計算機(jī)相當(dāng)。
就在這個時期，夏培肅院士完成了第一個電子計算器和控制器的設(shè)計工作，并編寫了中國第一本電子計算機(jī)原理講義。在院校開設(shè)了計算機(jī)設(shè)計、程序設(shè)計和計算機(jī)方法專業(yè)訓(xùn)練班，并送技術(shù)尖子赴蘇聯(lián)進(jìn)修。
1956年，國家制定了發(fā)展我國科學(xué)的12年遠(yuǎn)景規(guī)劃，把開創(chuàng)我國的計算技術(shù)事業(yè)等項(xiàng)目列為四大緊急措施之一，中國科學(xué)院成立了計算技術(shù)研究所籌備委員會，將人才集中到該研究所，并依靠從蘇聯(lián)獲得的技術(shù)圖紙和蘇聯(lián)在156工程中援建的電子管工廠設(shè)計、生產(chǎn)自己的計算機(jī)。
1958年，原七機(jī)部高級工程師張梓昌對蘇聯(lián)提供的M-3機(jī)設(shè)計圖紙進(jìn)行局部修改后，成功研制出103計算機(jī)，運(yùn)算速度達(dá)每秒3000次，該計算機(jī)共生產(chǎn)36臺。
1959年，張效祥教授以蘇聯(lián)還在研制中的БЭСМ-II計算機(jī)為模板，成功研制104計算機(jī)，該機(jī)共生產(chǎn)7臺，每秒運(yùn)行1萬次，在原子彈的研制過程中發(fā)揮了重要作用。
103計算機(jī)和104計算機(jī)的誕生，使中國計算機(jī)完成了從無到有的跨越。而且因?yàn)槭欠轮铺K聯(lián)的先進(jìn)計算機(jī)，在技術(shù)起點(diǎn)上比較高——103計算機(jī)和104計算機(jī)在技術(shù)水平上僅次于美蘇。
1960年，夏培肅院士帶隊設(shè)計的107計算機(jī)研制成功，并被安裝在北京玉泉路中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)。
107計算機(jī)是一臺小型的串聯(lián)通用電子管數(shù)字計算機(jī)，是新中國第一臺自主設(shè)計的計算機(jī)，標(biāo)志著中國的計算機(jī)從模仿到自主設(shè)計的跨越！
中科大以107計算機(jī)為基礎(chǔ)，編寫了《計算機(jī)原理》和《程序設(shè)計講義》，作為該校計算機(jī)專業(yè)、力學(xué)系、自動化系、地球物理系的教材。107計算機(jī)除了為教學(xué)服務(wù)外，還服務(wù)于潮汐預(yù)報、彈道計算、核物理、力學(xué)、微波等領(lǐng)域。
2 技術(shù)封鎖下自強(qiáng)不息
因長波電臺、聯(lián)合艦隊、中蘇論戰(zhàn)等事件的影響，中蘇關(guān)系迅速惡化，《中蘇友好同盟互助條約》名存實(shí)亡，赫魯曉夫撤走了全部在華蘇聯(lián)專家，而在珍寶島、鐵列克提事件后，中蘇幾乎到了戰(zhàn)爭邊緣，在60年代至80年代初，中國已很難得到蘇聯(lián)技術(shù)支援。
與此同時，西方對中國進(jìn)行嚴(yán)格的技術(shù)封鎖。在美蘇的技術(shù)封鎖下，中國只能走自主設(shè)計、自主生產(chǎn)的發(fā)展路線，正如毛澤東同志所說“封鎖吧，封鎖他十年八年，中國的問題就解決了”。
晶體管制造對60年代初的中國而言難度不可謂不大，西方和蘇聯(lián)都認(rèn)為中國根本不可能掌握該項(xiàng)技術(shù)。為解決晶體管制造難題，中國人民解放軍軍事工程學(xué)院四系四○四教研室康鵬臨危受命，成功研發(fā)“隔離-阻塞振蕩器”（后被命名為康鵬電路），解決了晶體管的穩(wěn)定性問題，使中國比美國晚近8年進(jìn)入晶體管時代。“康鵬電路”問世后，中國開始量產(chǎn)晶體管。
在解決晶體管制造難題后，哈軍工（慈云桂主持設(shè)計）于1964年成功研制出新中國第一臺全晶體管計算機(jī)441B-I，相對于美國于第一臺全晶體管計算機(jī)RCA501晚了6年。
441B系列計算機(jī)是我國第一臺具有分時操作系統(tǒng)和匯編語言、FORTRAN語言及標(biāo)準(zhǔn)程序庫的計算機(jī)。
在天津電子儀器廠共生產(chǎn)了100余臺，主要用于軍工、科研、氣象、油田勘探等，該機(jī)最大特點(diǎn)就是高可靠性和高可維性——1966年，北京舉辦計算機(jī)展覽，恰逢邢臺大地震，441B計算機(jī)是唯一不受地震影響，穩(wěn)定運(yùn)行的計算機(jī)。該系列機(jī)型平均使用15年以上。
1964年，吳幾康成功研制119計算機(jī)，該計算機(jī)運(yùn)算能力為每秒5萬次，運(yùn)算能力略強(qiáng)于美國于1958年制造的IBM 709計算機(jī)，后者的運(yùn)算能力為每秒4.2萬次。1965年，109計算機(jī)研制成功，該機(jī)由2萬多支晶體管，3萬多支二極管組成，穩(wěn)定運(yùn)行15年。109和119計算機(jī)在我國研制氫彈的歷程中立下汗馬功勞，被譽(yù)為研制氫彈“功勛機(jī)”。
1965年，中國自主研制的第一塊集成電路在上海誕生，中國只比美國晚了5年進(jìn)入集成電路時代。1972年，自主研制的大規(guī)模集成電路在四川永川半導(dǎo)體研究所誕生，實(shí)現(xiàn)了從中小集成電路發(fā)展到大規(guī)模集成電路的跨越。
從中小規(guī)模集成電路發(fā)展到中大規(guī)模集成電路，美國用了8年時間（1960年到1968年），而我們的前輩，在被美蘇同時封鎖扼殺之時，只用了7年就完成了跨越（從1965年到1972年），他們的奉獻(xiàn)和犧牲值得后輩銘記！
在72年尼克松訪華之后，中國和西方原本劍拔弩張的關(guān)系有所緩解，中國通過特殊渠道少量購買單機(jī)設(shè)備，并將其消化吸收后，大量仿制，推陳出新，搭建了自己的生產(chǎn)線。
此后，國產(chǎn)計算機(jī)更是進(jìn)入大批量生產(chǎn)時代——批量生產(chǎn)的計算機(jī)有161型“南華”牌臺式計算機(jī)、LX--121型銀行利息機(jī)、130系列、150系列、180系列計算機(jī)。其中，130系列計算機(jī)產(chǎn)量最大，總產(chǎn)量近千臺。
這批計算機(jī)也告別過去僅限于軍工科研使用，使用范圍擴(kuò)大到政府機(jī)關(guān)、銀行的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，工業(yè)控制，信息和事物處理等方面。
在這個時期，雖然西方技術(shù)突飛猛進(jìn)，但中國在局部領(lǐng)域也追平西方，比如上海無線電十四廠于1975年成功開發(fā)出的1024位移位存儲器，就基本達(dá)到國外同期水平；1979年研制的HDS—9計算機(jī)每秒運(yùn)算500萬次，是美國1972年的IBM 370-168計算機(jī)運(yùn)算能力的兩倍；中科院上海冶金所還獨(dú)立發(fā)展了制造集成電路所需要的離子注入機(jī)，并出口到日本......
截至70年代末，中國科研人員和產(chǎn)業(yè)工人發(fā)揚(yáng)自力更生、自強(qiáng)不息的精神，建成了中國自己的半導(dǎo)體工業(yè)，掌握了從單晶制備、設(shè)備制造、集成電路制造的全過程技術(shù)。
3 市場換技術(shù)下的悲劇
在80年代奉行“造不如買、買不如租”、“市場換技術(shù)”等政策后，中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)進(jìn)入低谷期，技術(shù)人才要么流失到國外，要么去大學(xué)教書，有的甚至被調(diào)去看守機(jī)房。
在這段時間里，自主技術(shù)被貶低，而洋技術(shù)被美化——很多非常有前途的科研項(xiàng)目被否決；不少科研項(xiàng)目更是在“外國專家”的“悉心指導(dǎo)”下被引上了歧路；甚至出現(xiàn)了中國企業(yè)使用自己研發(fā)的技術(shù)依舊要給外商繳納專利費(fèi)的現(xiàn)象。
而自主研發(fā)CPU也被進(jìn)口CPU取代，比如1983年，浪潮開始采用進(jìn)口Intel8088芯片，而非國產(chǎn)芯片組裝0520微機(jī)，在80年代至90年代初研制的長城286、長城386、長城486、2780機(jī)、太極2220、銀河超級小型機(jī)、HN2730超級小型機(jī)等計算機(jī)均采用國外芯片。
中國第四代計算機(jī)中的巨型機(jī)代表機(jī)型——“銀河1”巨型計算機(jī)耗資1億元人民幣，但因大量購買國外硬件，未能對中國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)步起到多大積極作用。
在“造不如買、買不如租”理論的指導(dǎo)下，至80年代末，中國憑自己的技術(shù)已經(jīng)很難生產(chǎn)出一臺計算機(jī)了。到90年代初，以聯(lián)想為代表的中國計算機(jī)企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)向“貿(mào)工技”路線，只從事低附加值的微機(jī)組裝，無力也無心從事芯片研發(fā)，國內(nèi)芯片市場徹底落入外資掌控。
4 玻璃房子的恥辱
在中國喪失獨(dú)立自主研發(fā)制造計算機(jī)的能力后，美國政府嚴(yán)格限制對中國出口高性能計算機(jī)。當(dāng)時，高性能計算機(jī)的應(yīng)用涉及的基本是堪稱國家“命脈”的領(lǐng)域，如國防軍工、油氣勘探、水電利用等。
由于中國當(dāng)時還沒有自主研發(fā)的高性能計算機(jī)，所需要的計算機(jī)只能依靠進(jìn)口，價格昂貴，維修管理困難。在1994年，中國進(jìn)口計算機(jī)就花掉近20億美元，維護(hù)費(fèi)用動輒千萬。
有專家表示，原石油工業(yè)部物探局曾花費(fèi)巨資購買了一臺國外的大型機(jī)，在后期集成與維護(hù)的費(fèi)用上對方公司竟開出百億以上的天價。
不僅如此，對方還提出了一個讓中國IT人銘記了十幾年的屈辱條件——在設(shè)備使用過程中，為防止機(jī)器核心技術(shù)外泄，設(shè)備機(jī)房采用全透明的玻璃墻壁，中國使用人員的一舉一動都在外國人的時刻監(jiān)控下，甚至連高性能計算機(jī)的啟動密碼和機(jī)房鑰匙都要由外國人控制！
于是在中國的土地上，有了“中國人不得入內(nèi)”的玻璃房子——在將列強(qiáng)趕走幾十年后，中國的土地“中國人不得入內(nèi)”又以這種形式重新上演了。
為了徹底拆除“玻璃房子”，研發(fā)出完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)高性能計算機(jī)，以曙光公司為代表的中國民族IT產(chǎn)業(yè)走上了一條異常艱苦的自主突圍之路。
90年代初，為了徹底打破國外對高性能計算機(jī)的壟斷，國家派出一支年輕精干的科研小分隊，遠(yuǎn)赴美國硅谷去進(jìn)行曙光一號的研究。當(dāng)時的科學(xué)計算所所長李國杰在黑板上寫下了“人生能有幾回搏”七個大字，斬釘截鐵的對幾個年輕人說：“派你們?nèi)�，就相信你們一定能把機(jī)器給造出來！” 在每天工作十五、六個小時，長達(dá)11個月的封閉式研究后，科研小分隊成功設(shè)計出曙光一號核心部分。
在曙光一號的研發(fā)過程中，一些國外公司和國內(nèi)買辦對曙光一號研究小組的領(lǐng)頭人李國杰院士說，“把錢給我，我給你造出來不就完了”。但李國杰院士堅持認(rèn)為，高性能計算的核心技術(shù)必須掌握在中國人手中，這是一絲一毫都不能讓步的，不僅要做整機(jī)研制，包括存儲器在內(nèi)的配件都要自己做。
1993年，中國一臺高性能計算機(jī)曙光一號并行機(jī)終于研制成功。曙光一號的戰(zhàn)略效應(yīng)可以說是立竿見影：就在這臺高性能計算機(jī)誕生的第三天，美國便宣布解除10億次計算機(jī)對中國的禁運(yùn)！成功打破了國外IT巨頭對我國信息技術(shù)的壟斷，推動信息產(chǎn)業(yè)走上了自主發(fā)展的道路。
5 中國超算逆襲
在堅定了自主發(fā)展超算的決心，并將決心付諸于實(shí)踐后，中國超算捷報頻傳： 1995年，在只有十余名研究員及500萬元經(jīng)費(fèi)的情況下，中國成功研發(fā)出曙光1000大規(guī)模并行計算機(jī)。
曙光1000在整體技術(shù)上居中國之首，并達(dá)到了20世紀(jì)90年代前期的國際先進(jìn)水平，其運(yùn)行速度的峰值達(dá)到了每秒25億次，在當(dāng)時我國大規(guī)�？茖W(xué)工程計算中發(fā)揮了重大作用。曙光1000也榮獲了1996年中國科學(xué)院科技進(jìn)步特等獎和1997年國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎。
1998年，曙光2000問世，總體水平達(dá)到了90年代同期國際先進(jìn)水平，有些方面如機(jī)群操作系統(tǒng)、集成化并行編程環(huán)境和服務(wù)器聚集軟件等已處于國際領(lǐng)先水平。
2001年，曙光3000誕生，標(biāo)志著我國超算產(chǎn)品正在走向成熟，能兼顧大規(guī)�？茖W(xué)計算、事物處理和網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)，已然是國民經(jīng)濟(jì)信息化建設(shè)的重大裝備。
2004年，曙光公司研發(fā)出4000A，成為國內(nèi)首臺每秒運(yùn)算超過10萬億次的超級計算機(jī)，并代表中國首次進(jìn)入全球超級計算機(jī)TOP 500排行榜，位列第十位。
2008年，曙光5000降生，曙光5000的系統(tǒng)峰值運(yùn)算速度達(dá)到每秒230萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算，使中國成為繼美國之后第二個能制造和應(yīng)用超百萬億次商用高性能計算機(jī)的國家，也表明我國生產(chǎn)、應(yīng)用、維護(hù)高性能計算機(jī)的能力達(dá)到世界先進(jìn)水平。
2009年，作為第一臺國產(chǎn)千萬億次超級計算機(jī)的天河一號在湖南長沙亮相。天河一號超級計算機(jī)性能為每秒1206萬億次的峰值速度，Linpack實(shí)測性能為每秒563.1萬億次，強(qiáng)勁的性能使天河一號位列中國超級計算機(jī)前100強(qiáng)之首，也使中國成為繼美國之后世界上第二個能夠自主研制千萬億次超級計算機(jī)的國家。2010年，國防科大對天河1號進(jìn)行了升級，天河1A的實(shí)測運(yùn)算能力從天河1號的每秒563.1萬億次，提升至2507萬億次，成為當(dāng)時世界上最快的超級計算機(jī)。
2010年，曙光6000問世，曙光6000以實(shí)測每秒達(dá)1271萬億次的Linpack峰值速度，在2010年第35屆全球超級計算機(jī)500強(qiáng)排名中名列第二。
2012年，神威藍(lán)光超級計算機(jī)投入使用。該超算使用了8704片申威1600，搭載神威睿思操作系統(tǒng)，雖然超算絕對性能并不高，但卻是中國在“市場換技術(shù)”之后，首次實(shí)現(xiàn)了超算CPU和操作系統(tǒng)的全部國產(chǎn)化。神威藍(lán)光超算峰值計算性能為每秒一千萬億次，持續(xù)性能為每秒796萬億次，性能功耗比超過741MFlops/W(百萬次浮點(diǎn)運(yùn)算/秒•瓦)，LINPACK效率為74%。
2013年，國防科大成功研制出天河2號，其高達(dá)55PFlops的性能使其傲視群雄，六度蟬聯(lián)TOP500排行榜首位。雖然在計算節(jié)點(diǎn)上使用的是美國Intel的CPU，但天河2號也使用了4096片飛騰1500，用于高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
一直以來，別有用心之徒以天河2號使用美國CPU為由認(rèn)為其不具備技術(shù)含量，其實(shí)超算系統(tǒng)可以分為軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩部分。
超級計算機(jī)硬件系統(tǒng)主要由高速運(yùn)算系統(tǒng)、高速互連通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)(I/O 管理結(jié)點(diǎn)和 I/O 存儲結(jié)點(diǎn))、維護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)組裝設(shè)計等部分組成。
CPU僅僅是其中的一部分，并不是超算硬件系統(tǒng)的全部，某些人以天河2號使用美國CPU為由認(rèn)為其不具備技術(shù)含量的說法是荒謬而可笑的。事實(shí)上，同樣使用E5和至強(qiáng)PHI計算卡的美國超算Stampede，不僅運(yùn)算能力僅為天河2號的五分之一左右，整機(jī)效率也比天河2號更低，只有60.7%。
如果說天河2號、曙光6000、天河1號等超算使用了國外CPU是白璧微瑕，那么，本次發(fā)布的新超算“神威太湖之光”則實(shí)現(xiàn)了CPU、操作系統(tǒng)、高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等核心軟硬件的全面國產(chǎn)化——其CPU申威26010由260個核心構(gòu)成，雙精浮點(diǎn)峰值高達(dá)3TFlops，完全追平了Intel最好的超算芯片。
得益于申威26010強(qiáng)勁的性能和良好的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計，新超算“神威太湖之光”的雙精浮點(diǎn)峰值高達(dá)100PFlops。相較于美國于今年完成升級的Stampede 2，新超算在絕對性能上是Stampede 2的近6倍。
這不僅徹底扭轉(zhuǎn)中國在超算領(lǐng)域技術(shù)和信息安全上受制于人的局面，還在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了對西方國家的逆襲。
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發(fā)表于 2016-6-21 14:14:56
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