『银河』『天河』:让五星Red Banner插上世界超算之巅

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加速应用,发挥“国家重器”特殊作用

“银河”诞生:中国巨型机研制实现“零”的突破

资料图:2018年5月17日在天津梅江会展中心展出的“天河三号”原型机。(新华社记者
李然 摄)(拖拽图片可查看大图)

在业内人士看来,银河、曙光、天河、神威等我国系列超级计算机,已经融入国家发展的方方面面。下一步,随着我国新一代百亿亿次超级计算机系统的研制工作顺利推进,未来将继续推动国家的科技创新、战略性新兴产业快速发展,推动大数据、人工智能、物联网快速发展,共同为解决人类发展面临的重大挑战发挥重要作用。

国防科大的研究团队不信邪。他们坚持走自己的设计路线,从头探索,努力攻关。仅用10个月时间,一款新型交换机研制完成,实测技术指标大大超过同类系统,而成本仅是同类同规模产品的80%。

国家超算天津中心主任刘光明说:“中国累计拿了13次世界第一,超算已经成了除高铁、航天之外,中国向世界展示的第三张名片。”

特别是其中22个大型应用能够高效运行整机计算资源,并行规模达到千万核心,并取得了一批高水平的应用成果。在6个入围国际高性能计算应用领域最高奖——“戈登·贝尔”奖的重大应用中,“千万核可扩展非静力大气动力学全隐式模拟”和“非线性大地震模拟”2个应用,分别获得2016、2017年度“戈登·贝尔”奖。

『银河』『天河』:让五星红旗插上世界超算之巅

在世界上最快超级计算机的争夺战中,E级超级计算机是各国新一代超算角逐的焦点。即将问世的“天河”新一代E级计算机将向世界冠军宝座发起冲击。中国超算已走过四十年,人工智能、大数据时代接踵而来,中国超算发展将何去何从?此次大会吸引了超级计算、人工智能等前沿信息技术领域的著名专家学者,以及政府、资本、科研等多领域的代表共聚一堂,为中国超算发展与高性能计算应用出谋划策。

本报记者 过国忠

上世纪70年代,高性能计算成为推动科技创新和经济社会发展的战略高技术。然而,由于没有自己的巨型计算机,中国在经济社会发展当中常常受制于人。勘探出来的矿藏、石油数据资料,得送到国外去处理,不但花费昂贵,而且数据首先要被外国专家掌握。

1978年,中国启动首台巨型机“银河-I”研制;2010年,“天河一号”首次摘下全球超级计算机500强榜单第一名。近十年来,天津、深圳、济南、长沙、广州和无锡6家国家级超算中心相继落成。“天河一号”、“神威蓝光”、曙光“星云”、“天河二号”、“太湖之光”等超级计算机先后登上世界顶级超算阵容。如今,中国已成为世界上超级计算机数量最多的国家。

“神威·太湖之光”是由国家并行计算机工程技术研究中心研制,运算系统全面采用了由国家高性能集成电路设计中心通过自主核心技术研制的国产“申威26010”众核处理器,实现了对该领域产品的国产化替代

其中,长沙中心是我国中西部地区唯一的国家级超级计算中心,拥有“天河一号”超级计算机,以及“天河·天马”人工智能计算集群,“天河三号”也将于2020年落户该中心。依托天河超级计算机系统,目前中心已形成集“科技研发、技术创新、公共服务、人才培养”于一体的产学研用的融合创新应用服务平台:支撑国家和湖南科技创新,共为1205家用户提供高性能计算、大数据、云计算及人工智能等服务,支撑国家级科研项目142项,其他省部级科研项目及企业合作项目430余项;创新服务模式,成立了多个超算分中心、行业联合实验室、产业园区超算服务站等;构建了企业大数据、金融风控、中小企业超算社区、仿真模拟服务、视频文创等各类创新平台,服务全行业发展;紧盯国际、国家科技前沿,建设科普基地、“超算之星”众创空间,助力湖南及中西部地区的科技创新和人才培养。

(中国青年报7月8日)“‘天河’新一代百亿亿次(E级)超级计算机将于2021年前后研制完成。”这是7月6日在天津举行的“纪念中国超算四十年暨国家超算天津中心成立十周年”大会上对外公布的消息。

5年里,承担此项艰巨任务的研发团队,解决了无数个基础理论、技术和工艺难关,攻克了数以百计的关键技术难题,创造性地提出了“双向量阵列”结构,并完成整体设计,比原计划提前一年研制成功“银河-Ⅰ”巨型计算机,系统达到并超过了预定的性能指标,机器整体稳定可靠。这标志着中国成为世界上少数几个能够独立设计和研制亿次巨型机的国家。

亲历者说

1978年,我国启动巨型计算机研制工程,由于当时技术基础、生产工艺等都与先进国家存在巨大差距,要把计算速度提升到每秒一亿次,困难重重。时任国防科大计算机研究所所长的慈云桂当时已满60岁,他立下军令状:“就是豁出我这条老命,也一定要把我们自己的巨型机搞出来!”五年后,研发团队突破关键技术、完成整体设计,把整机系统的250万个焊点一个个焊起来,“银河-Ⅰ”巨型计算机最终研制成功,中国成为世界上少数几个能研制亿次巨型机的国家。

超级计算机是国际高端信息技术创新和竞争的制高点,对国家安全、经济和社会发展具有举足轻重的意义。上世纪70年代,首台超级计算机问世后,国际上对超级计算机需求猛增。发达国家在重点产业领域,已利用超级计算机取得多方面突破。

“天河”问世:中国超算研制水平跻身世界前列

■中国建成6个国家级超算中心 13次拿下世界第一

突破封锁,让大型科学计算不再受制于人

“银河”“天河”团队在高性能计算系统研发上一直是紧跟国际前沿,超前谋划,利用技术进步推动应用的发展。实际上,2010年底“天河一号”首次获得世界超算排名第一之际,“天河”总师组就已经开始谋划“天河二号”的工作。

纪念大会现场,很多亲历了中国超算事业发展历程的专家学者,回首四十年筚路蓝缕,感慨万千。上世纪70年代,自超级计算机问世以来,国际上对超级计算机的需求激增,中长期天气预报、航空航天、核爆模拟、石油地震勘探等重大创新和产业领域利用超级计算机不断取得突破。而当时,国际上对我国也开始技术封锁。

“‘神威·太湖之光’也是我国第一台全部采用国产处理器构建的世界排名第一的超级计算机。到目前,以每秒9.3亿亿次的浮点运算速度,连续四次在全球超级计算机中夺冠。”国家超级计算无锡中心主任助理、研发部部长甘霖说。

到目前为止,经过8年多的持续自主开发,我们已经突破了应用驱动的大规模高性能互连网络性能评测等关键技术,研制出支持真实应用负载、网络功能模型精确、可扩展性好的大规模高性能互连网络模拟仿真软件,填补了“天河”团队乃至我国在该领域的长期空白,为“天河”高性能互连通信网络持续保持国际领先,提供了有力的自主设计工具。

超级计算机体现着一国在全球信息技术竞争中的强国地位,是支撑综合国力提升的国之重器。时至今日,中国超级计算机的研制、创新、应用发展,经历了从无到有、从跟跑到领先的四十年“超常速”发展。

说起40年来我国超算研制、创新、应用的“超常发展”成果,亲历中国超算事业发展的国家超级计算无锡中心主任杨广文教授告诉记者:“自1978年我国启动首台巨型机‘银河-Ⅰ’研制以来,目前已在天津、深圳、济南、长沙、广州和无锡建成6个国家级超算中心,13次拿下世界第一
。这是举国之力所铸就出的‘国之利器’。”

我从2010年博士毕业留校开始,一直在国防科大计算机学院计算机研究所604研究室工作。

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E级计算被公认为“超级计算机界的下一顶皇冠”,是国际上高端信息技术创新和竞争的制高点。为此,我国面对未来新的挑战与考验,超前布局了下一代超算,在“十三五”国家重点研发专项中,重点支持三个不同技术路线的E级原型系统。

几十个人在沟槽里赤身裸背趴了数十天,被坚硬的水泥地和光纤刮擦得遍体鳞伤,使15000根光纤毫发无损。系统试机那天,打开机器的一瞬,全部通信线路畅通无阻……

国家超级计算无锡中心主任杨广文认为,超级计算机被称为“国家重器”,属于国家战略高技术领域。发展超算,关键要能够服务于国家特殊需要,服务于高新技术产业发展。

今天的辉煌,源于昨天的屈辱。

“神威·太湖之光”是安装在国家超级计算无锡中心的超级计算机,在多个国家重大科研项目上得到应用,涉及天气气候、航空航天、船舶工程、海洋环境、石油勘探、生物信息、药物设计、电磁仿真、量子模拟、先进制造、新材料、新能源等20多个应用领域,并支持了包括科学与工程计算、大数据、人工智能领域的10多个国家重大专项和重点研发项目,200余项应用课题达到百万核心计算规模。

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目前,我国E级超算系统研发正在稳步推进之中,将全面打造国产超算生态环境,实现中国超算可持续创新发展。

通信光纤铺设,是“天河一号”二期系统进驻国家超算天津中心的首期工程,时间紧迫、任务艰巨。时值盛夏,由于沟槽温度高达40多摄氏度,水泥表层太粗糙,刚铺下的光纤的绝缘胶皮被磨出了道道裂痕,个别地方还露出线芯。这个问题不解决,轻则信号中断、通信短路,重则导致系统紊乱。

我国政府高度重视发展超算,于1978年正式启动巨型计算机研制工程。然而,由于当时技术基础、生产工艺等都与先进国家存在巨大差距,要一下子把计算速度提升到每秒一亿次,面对着一个一个难题。

(文/施泉江 刘文韬 韩雪)

“超级计算机,体现着一个国家在全球信息技术竞争中的强国地位,是支撑综合国力提升的国之重器。40年来,我国超算经历了从无到有、从跟跑到局部领先、从关键核心技术引进到实现自主可控的艰难发展历程。”这是近日江苏无锡举行的国际技术转移大会上,来自国内超算领域专家们的共识。

为设计出高水平的计算机运算控制系统,青年讲师俞午龙连续5天5夜没合眼。第六天深夜,从梦中醒来的妻子发现他还在着魔似的伏案工作,一把抢过书桌上的图纸说:“你再这样拼下去,我就把这些图纸剪碎了!”第二天一早,俞午龙又出差去了黄山。谁也没想到,他病倒在黄山脚下,再也没能回来。

面对各国在超级计算机上展开的激烈角逐。我国自“十二五”开始,基于自主可控超算系统的软件与应用考虑,重新布局超级计算机的研制工作。其中,“神威·太湖之光”就是863计划的一项重大科研成果。

“为中华民族争光!”面对前所未有的困难,科研人员们憋足了一股劲:豁出命也要搞出巨型机来,不让外国人卡我们的脖子。

科技创新70年·历程

几十年来,国防科大的科研团队牺牲了假日的悠闲,舍弃了家庭的温馨,推迟了婚期,耽误了治病,放弃了出国深造,许多人把青春甚至生命无怨无悔地献给了祖国的超算研制事业。

后来居上,中国超算快速走向自主可控

从“银河”实现我国巨型机“零”的突破,到“天河”超级计算机多次排名世界超算榜首,40多年来,国防科大科研人员充分发扬“银河精神”,在中国科技发展之路上书写了一个又一个辉煌——

“超算由大量的计算节点组成,每个计算节点由一些CPU组成,计算节点由高速互联网络连接起来,另外,还有大规模存储系统、系统软件、应用软件和冷却系统等。我国要想在短时期发展超算,在超算核心技术上有重大突破,跑在世界前列,不是一件轻易能够实现的事。”江苏理工学院计算机工程学院郁钱博士说。

“正是这种在披荆斩棘、攻坚克难中形成的‘银河’精神,书写出了中国特色自主创新之路的辉煌。”年逾六旬的国防科大计算机研究所胡庆丰教授欣慰地对记者说。

“我国的超算是从一穷二白做起的。在2002年之前,TOP500上就没有中国的超算,或者说中国超算本身就很少。从2002年之后,经过15年的高速发展,无论是中国超算的上榜数量还是性能,都呈指数级增长。特别是‘神威·太湖之光’实现了真正的安全自主可控。”杨广文说。

改革开放之初,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,设计巨型机的艰难程度可见一斑。