【簡介：】通透的玻璃房里，放著一臺從美國買來的超級計(jì)算機(jī)。房間鑰匙由美方人員保管，中國科學(xué)家經(jīng)過授權(quán)才能進(jìn)入玻璃房，并且得在美方監(jiān)視下上機(jī)操作。
超級計(jì)算機(jī)運(yùn)算的內(nèi)容，必須經(jīng)過
通透的玻璃房里，放著一臺從美國買來的超級計(jì)算機(jī)。房間鑰匙由美方人員保管，中國科學(xué)家經(jīng)過授權(quán)才能進(jìn)入玻璃房，并且得在美方監(jiān)視下上機(jī)操作。
超級計(jì)算機(jī)運(yùn)算的內(nèi)容，必須經(jīng)過美方允許。操作完成后，美方會馬上封鎖玻璃房。監(jiān)控日志還要定期上交給美國政府審查。
這是一段被中國超級計(jì)算機(jī)界頻頻提起的真實(shí)過往。
改革開放前后的中國，缺乏自研超級計(jì)算機(jī)的技術(shù)。為進(jìn)行石油勘測，中國石油工業(yè)部花大價錢購買了一臺 IBM 超級計(jì)算機(jī)。
花錢買得了設(shè)備，卻買不了技術(shù)。20 世紀(jì) 80 年代的西方國家正對中國進(jìn)行高技術(shù)封鎖，其中就包括超級計(jì)算機(jī)。
美國雖然賣了超級計(jì)算機(jī)給中國，但依然嚴(yán)加監(jiān)視以防核心技術(shù)泄密，因此就有了“玻璃房”的故事。
中國科學(xué)院院士、前國防科技大學(xué)校長楊學(xué)軍談起這段歷史時說：“這是中國科研工作者心中永遠(yuǎn)的痛......就像農(nóng)民自家沒糧，母親自己沒奶喂孩子。”后來中國大力支持自研超級計(jì)算機(jī)，國防科技大學(xué)是中堅(jiān)力量，楊學(xué)軍成了超級計(jì)算機(jī)“天河一號”的總設(shè)計(jì)師。
顧名思義，超級計(jì)算機(jī)（又稱巨型機(jī)、高性能計(jì)算機(jī)）能一般個人電腦所不能。個人電腦通常是四核、六核或者八核處理器，而超級計(jì)算機(jī)聚集了數(shù)以千計(jì)萬計(jì)甚至更多的處理器，可處理大量的數(shù)據(jù)和高速運(yùn)算。
眾所周知，“兩彈一星”是國家硬實(shí)力的體現(xiàn)，而超級計(jì)算機(jī)也是“兩彈一星”級別的國之重器。
上到軍用的模擬核試驗(yàn)，下到民用的天氣預(yù)測，遠(yuǎn)到太空探索，近到人類基因測序，都有巨大的計(jì)算量門檻，要想更快地得到計(jì)算結(jié)果，只能靠超級計(jì)算機(jī)。
美國是全球最早投入這個領(lǐng)域的的國家，自 20 世紀(jì) 50 年代后期起，就研發(fā)超級計(jì)算機(jī)以滿足國防和軍事需求。60-70 年代，全球的超級計(jì)算機(jī)行業(yè)基本由兩家美國公司主導(dǎo)。日本也不遑多讓，20 世紀(jì) 80 年代起大規(guī)模補(bǔ)貼超級計(jì)算機(jī)科研項(xiàng)目。
1993 年開始，美國田納西大學(xué)、德國曼海姆大學(xué)以及美國能源部的伯克利國家實(shí)驗(yàn)室，每年都會發(fā)布兩次全球前 500 的超級計(jì)算機(jī)排名（TOP500）。發(fā)布時間一次在 6 月，一次在 11 月。
排名依據(jù)基準(zhǔn)程序 LINPACK 測試值來進(jìn)行。1993 年 6 月至 2010 年 11 月，TOP500 第一名都是美國和日本交替把持。
中國國家層面的超級計(jì)算機(jī)自研事業(yè)始于 1978。那年 3 月在全國科學(xué)技術(shù)大會上，鄧小平一句“中國要搞四個現(xiàn)代化，不能沒有巨型機(jī)”，開啟了自研超級計(jì)算機(jī)的歷史進(jìn)程。
40 年間，國防科技大學(xué)的“銀河”與“天河”系列，中科曙光的“曙光”系列，聯(lián)想的“深騰”系列，以及無錫江南計(jì)算技術(shù)研究所的“神威”系列陸續(xù)登場，讓中國超級計(jì)算機(jī)事業(yè)從一片荒蕪走向與美日比肩。
從無到有的“爭氣機(jī)”
“我剛好 60 歲，就是豁出這條老命，也一定要把我國的巨型機(jī)搞出來。”
1978 年，國防科技大學(xué)接到了自研超級計(jì)算機(jī)的任務(wù)，當(dāng)時任該大學(xué)計(jì)算機(jī)研究所所長的慈云桂立下了軍令狀，“每秒一億次一次不少（運(yùn)算速度 1 億次/秒），6 年時間一天不拖，預(yù)算經(jīng)費(fèi)一分不超”。
慈云桂可謂中國計(jì)算機(jī)界的一代宗師。從電子管計(jì)算機(jī)到晶體管計(jì)算機(jī)，再到集成電路計(jì)算機(jī)，中國計(jì)算機(jī)每一次升級換代，他都是主要推手。
但超級計(jì)算機(jī)對他來說，依然是一座攀登難度極高的大山。1978 年，慈云桂帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 151-4，運(yùn)算速度不過每秒二百萬次，距離每秒一億次的超級計(jì)算機(jī)還有非常大的差距。
接到任務(wù)后，慈云桂帶著團(tuán)隊(duì)成立了十多個攻關(guān)小組，“吃在工廠，睡在機(jī)房”。
研發(fā)過程中自然是問題頻出。團(tuán)隊(duì)花幾個月做出來的方案，慈云桂狠下心來一口否決了，帶著大家重新研制更加先進(jìn)的總體方案。
冷液技術(shù)研發(fā)遇到困難，不得已采用容易操作的冷風(fēng)技術(shù)。為了保證機(jī)器的穩(wěn)定性和可靠性，團(tuán)隊(duì)要對 2.5 萬條繞接線、12 萬個饒接點(diǎn)和200 多萬個焊點(diǎn)逐一檢查。
最終，慈云桂團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)造性地提出“雙向量陣列”結(jié)構(gòu)，大大提高了機(jī)器的運(yùn)算速度。不僅經(jīng)費(fèi)沒超，還提前一年完成了研制任務(wù)。
曾經(jīng)指揮研究“兩彈一星”的國防部長張愛萍，給這臺超級計(jì)算機(jī)起名為“銀河”。
當(dāng)時一位前政協(xié)副主席在聽完慈云桂團(tuán)隊(duì)匯報(bào)后說：“1930 年的紅軍打長沙是壯舉，50 年后，你們在長沙研制成功銀河-I 巨型計(jì)算機(jī)更是成功的壯舉。”
銀河-I 的誕生打破了西方大國在超級計(jì)算機(jī)上的技術(shù)封鎖，讓中國成為繼美國和日本后，世界上第 3 個可以自主研制超級計(jì)算機(jī)的國家。這臺計(jì)算機(jī)也因此得一別名：“爭氣機(jī)”。
國家的意志
1983 年，除了銀河-I 的研制成功，還發(fā)生了兩件對中國超級計(jì)算機(jī)界影響深遠(yuǎn)的事情。
一件是不起眼的小事：南京通信工程學(xué)院的本科生楊學(xué)軍，報(bào)考了國防科技大學(xué)研究生，投身于超級計(jì)算機(jī)的研究。
他的畢業(yè)論文是關(guān)于向量巨型機(jī)編譯技術(shù)，慈云桂看了之后在論文旁邊寫：此人要想辦法留下來。
后來，楊學(xué)軍畢業(yè)留校，參與了銀河-II 的研制。銀河-Ⅲ 在 1994 年立項(xiàng)上?，年僅 31 歲的楊學(xué)軍被任命為總設(shè)計(jì)師。
再后來，他成了天河一號的總設(shè)計(jì)師，幫助中國第一次坐上最快超級計(jì)算機(jī)的寶座。
另一件是影響全球格局的大事：任職三年的美國總統(tǒng)里根，提出了“戰(zhàn)略防御倡議”（SDI，又名“星球大戰(zhàn)”計(jì)劃）。
“星球大戰(zhàn)”計(jì)劃是冷戰(zhàn)的產(chǎn)物。里根政府宣稱要改變同歸于盡（MAD）的核平衡戰(zhàn)略，轉(zhuǎn)而通過天基和地基系統(tǒng)，來防御核武器的攻擊。
當(dāng)時中國專家們普遍認(rèn)為，“星球大戰(zhàn)”表面上是針對蘇聯(lián)的防御計(jì)劃，但實(shí)質(zhì)還有其他目的。
“（美國）試圖通過該計(jì)劃的實(shí)施，促進(jìn)國防科技發(fā)展，進(jìn)而帶動高新技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)的全面振興，以確保美國在高科技領(lǐng)域獨(dú)占鰲頭，最終達(dá)到搶占21世紀(jì)戰(zhàn)略制高點(diǎn)的目的?！?時任航天部空間技術(shù)院科技委副主任的楊嘉墀說。
“星球大戰(zhàn)”計(jì)劃出臺后，不少國家和聯(lián)盟都跟進(jìn)制定相應(yīng)的政策：蘇聯(lián)和東歐集團(tuán)制定了“科技進(jìn)步綜合綱領(lǐng)”，日本提出“今后十年科學(xué)技術(shù)振興基本政策”，西歐 17 國聯(lián)合簽訂了“尤里卡計(jì)劃”......
在這樣的大背景下，包括楊嘉墀在內(nèi)的 4 位科學(xué)家上書鄧小平等中央領(lǐng)導(dǎo)人，建議“跟蹤世界戰(zhàn)略性高技術(shù)發(fā)展”。
鄧小平對該建議表示了支持，很快“高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃”出爐。因?yàn)?4 位科學(xué)家上書和鄧小平同志批復(fù)時間都是 1986 年 3 月，所以該計(jì)劃又稱之為“863 計(jì)劃”。
863 計(jì)劃中，“智能計(jì)算機(jī)”被單獨(dú)列為一個主題項(xiàng)目（即 306 主題）。
“國家智能計(jì)算機(jī)研究開發(fā)中心”（以下簡稱智能中心）應(yīng)運(yùn)而生，并且選中了“中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所”（以下簡稱中科院計(jì)算所）為依托單位。
創(chuàng)立于 1956 年的計(jì)算所，是中科院的王牌部隊(duì)。在這里，誕生了中國第一臺通用數(shù)字電子計(jì)算機(jī)，以及首枚通用 CPU 芯片。計(jì)算所還為 “兩彈一星” 成功上天完成了數(shù)據(jù)處理工作。
和國防科技大學(xué)一樣，中科院計(jì)算所后來也成為了中國超級計(jì)算機(jī)界的中流砥柱。從中科院計(jì)算所獨(dú)立出去的曙光，一直是 863 計(jì)劃 306 主題的主力。
自主研發(fā)深騰系列超級計(jì)算機(jī)的聯(lián)想，1984 年成立時也是計(jì)算所的班底。聯(lián)想最早的名字叫“計(jì)算所新技術(shù)發(fā)展公司”，其創(chuàng)始人柳傳志曾在計(jì)算所做了 13 年研究。就連參與神威系列研制的國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心，依托單位也是中科院計(jì)算所。
1990 年，智能中心正式成立。成立之初，它就面臨著發(fā)展戰(zhàn)略選擇的難題。
20 世紀(jì) 80 年代，世界興起人工智能熱的第二次高潮。當(dāng)時，卡耐基梅隆大學(xué)設(shè)計(jì)了一個專家系統(tǒng)，每年可以為商業(yè)公司節(jié)省四千萬美元，引發(fā)許多國家和公司的跟進(jìn)。
新算法（專家系統(tǒng)）對算力提出了新要求。在計(jì)算機(jī)專家淵一博的領(lǐng)導(dǎo)下，日本于 1982 年公布了“第五代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”十年研究計(jì)劃，希望研發(fā)出劃時代的超級計(jì)算機(jī)，讓機(jī)器能夠與人對話、翻譯語言、解釋圖像，并且像人一樣推理。
“當(dāng)時全世界正處于‘人工智能熱’的高潮，日本‘五代機(jī)’也好評如潮。在這樣的背景下，中國順勢而為走‘五代機(jī)’的路，看起來順理成章、無可非議?！?06 主題專家組組長、中國工程院院士汪成為說。
事實(shí)上，306 主題的全稱“智能計(jì)算機(jī)”，正是起源于跟隨日本“五代機(jī)”的策略。
但在執(zhí)行過程中 306 主題專家組發(fā)現(xiàn)，日本“五代機(jī)”主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)自然語言翻譯，這個方向并不是很適合當(dāng)時中國的國情。同期美國的研發(fā)重點(diǎn)是個人計(jì)算機(jī)、高速工作站、超級計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)，更具有借鑒意義。
專家組決定改變技術(shù)路線，負(fù)責(zé)這一主題的智能中心把研究方向從“智能計(jì)算機(jī)”調(diào)整為“高性能并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”。
這一決定很快被驗(yàn)證是正確的。專家系統(tǒng)存在的問題逐漸暴露出來：應(yīng)用領(lǐng)域狹窄、知識獲取困難、維護(hù)費(fèi)用居高不下......日本“五代機(jī)”計(jì)劃也隨之宣告失敗，人工智能進(jìn)入第二次低谷。
計(jì)算的“曙光”
306 主題戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移的決策，催生了曙光系列。曙光一號研發(fā)過程中，當(dāng)時智能中心的主任李國杰主導(dǎo)了全新的技術(shù)路線和科研模式。
20 世紀(jì) 80 年代開始，李國杰就在從事計(jì)算機(jī)的并行處理研究。1981 他年出國攻讀博士學(xué)位，師從美國計(jì)算機(jī)權(quán)威華云生教授。1986 年底回國后，一直在中國科學(xué)院計(jì)算所工作。
有留學(xué)經(jīng)歷的李國杰，看到了中國研制超級計(jì)算機(jī)傳統(tǒng)路徑的不足。
長期以來，中國在封閉條件下研制計(jì)算機(jī)，采用分立元器件做主板，一切從頭做起。研制周期短則 5-6 年，長則 7-8 年，往往機(jī)器研制出來就已經(jīng)落后了，難以被市場所接受。
為了提高中國超級計(jì)算機(jī)的產(chǎn)品化和商品化程度，李國杰大膽開辟了新的路徑。技術(shù)上，他在國內(nèi)首次采用大規(guī)模集成電路來研制并行計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方面，他讓團(tuán)隊(duì)在 UNIX 源代碼的基礎(chǔ)上，自行設(shè)計(jì)并行操作系統(tǒng) SNIX。
科研模式上，李國杰派了一支 6 人小隊(duì)到美國硅谷。他把這種“借樹開花、借腹生子”的做法稱為“洋插隊(duì)”——利用國外協(xié)作配套完善的大環(huán)境，加速并行計(jì)算機(jī)的研制。
1993 年 10 月，曙光一號超級計(jì)算機(jī)誕生，峰值運(yùn)算速度達(dá)每秒 6.4 億次，在多個技術(shù)上都取得了突破，比如采用全對稱共享存儲多處理結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)核心實(shí)現(xiàn)并行化。
而且，曙光一號投資少（直接研制經(jīng)費(fèi)只有 200 萬元）、研制周期短（從正式開發(fā)到成果鑒定只有一年半）、產(chǎn)品化程度高，與中國過去的超級計(jì)算機(jī)研制形成鮮明對比。1994 年，曙光一號被寫進(jìn)了政府工作報(bào)告中。
1995 年，智能中心又推出了曙光 1000，實(shí)現(xiàn)了多個第一：第一臺自研的大規(guī)模并行處理機(jī)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)，第一臺實(shí)際運(yùn)算速度突破每秒 10 億次大關(guān)的超級計(jì)算機(jī)，第一次獨(dú)立進(jìn)入市場售賣。
過去幾十年間，中國超級計(jì)算機(jī)的研制生產(chǎn)都是為了滿足特殊部門的需要，以行政手段確定用戶推廣使用。曙光 1000 的研制推廣最開始也是政府行為。
但在經(jīng)過產(chǎn)品化后，曙光天潮系列（含曙光 1000 和曙光 1000A）逐漸走上商品化銷售的道路。
1997 年，曙光天潮 1000A 落戶遼河油田。這是中國超級計(jì)算機(jī)第一次獨(dú)立進(jìn)入市場，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)超級計(jì)算機(jī)商品化零的突破，打破了進(jìn)口產(chǎn)品對中國超級計(jì)算機(jī)市場的壟斷。
開篇提到的“玻璃房”故事，曙光用 1000A 為它畫上了句號。
為了更加適應(yīng)市場需求，曙光于 1996 年獨(dú)立了出來，成立有限公司，李國杰任曙光公司董事長兼總經(jīng)理，開啟了產(chǎn)業(yè)化的路程。
新公司選址時，李國杰要求離中科院計(jì)算所遠(yuǎn)一點(diǎn)，以“斷掉”心理上的依賴。于是，曙光從計(jì)算所搬到了中關(guān)村水磨西街的四合院里，緊挨著清華大學(xué)。
曙光獨(dú)立時，中國互聯(lián)網(wǎng)剛剛起步，但李國杰敏銳察覺到，互聯(lián)網(wǎng)大量的信息服務(wù)和數(shù)據(jù)處理需求，需要超級服務(wù)器來滿足。
通常，超級計(jì)算機(jī)多用于科學(xué)工程計(jì)算，追求最高的計(jì)算速度。而超級服務(wù)器是更加通用的高端計(jì)算機(jī)，除科學(xué)計(jì)算外，更多地用于事務(wù)處理與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
于是，超級服務(wù)器成為曙光一個重要的發(fā)展方向。
1998 年和 1999 年，曙光 2000-I 和曙光 2000-II 超級服務(wù)器相繼推出，率先在中國研制成功大規(guī)模 UNIX 機(jī)群系統(tǒng)。
其中，曙光 2000-II 的峰值速度超過 1100 億次。有資料顯示，美國計(jì)算機(jī)界的權(quán)威學(xué)者來參觀曙光 2000-II 后，在向美國政府寫的報(bào)告中指出，中國高性能計(jì)算機(jī)研制已從落后走到非常接近西方的水平。
2000 年，曙光 3000 超級服務(wù)器發(fā)布，峰值速度達(dá)每秒 4032 億次。這臺超級服務(wù)器在研制初期，就被北京華大基因研究中心“預(yù)訂”，在中國超級計(jì)算機(jī)史上創(chuàng)下先例。
曙光系列頻頻升級的同時，863 計(jì)劃在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研發(fā)方面的內(nèi)涵也發(fā)生了變化。
1999 年至 2000 年間，863 計(jì)劃 306 主題進(jìn)行重大課題“ 國家高性能計(jì)算環(huán)境” 。這意味著，不僅要研制超級計(jì)算機(jī)，還要用所研制的機(jī)器建立高性能計(jì)算環(huán)境，更好地支持高性能計(jì)算的應(yīng)用。
每秒 4000 億次的曙光 3000 正是這一課題的成果之一。此外，課題還建立了 5 個高性能計(jì)算中心，以此構(gòu)建起國家高性能計(jì)算環(huán)境。
2002 年，“ 十一五” 863計(jì)劃啟動了“ 高性能計(jì)算機(jī)及核心軟件” 重大專項(xiàng)，其主要任務(wù)是研制每秒 4 萬億次的超級計(jì)算機(jī)，研究和突破網(wǎng)格關(guān)鍵技術(shù)。
863 計(jì)劃這兩次新動作，體現(xiàn)了中國打造超級計(jì)算機(jī)理念的變化：之前為缺乏超級計(jì)算機(jī)研制技術(shù)而補(bǔ)課，當(dāng)下更加注重超級計(jì)算機(jī)資源的整合和應(yīng)用。
相應(yīng)地，超級計(jì)算機(jī)的研制模式也在改變。從“ 十五” 863計(jì)劃開始，超級計(jì)算機(jī)的研發(fā)打破了過去定向委托一家承擔(dān)的做法，引入了競爭機(jī)制。比如，研發(fā) 4 萬億次超級計(jì)算機(jī)這一任務(wù)，同時落在了聯(lián)想和曙光上。
聯(lián)想第一臺超級計(jì)算機(jī)是 2002 年研發(fā)成功的深騰 1800，峰值運(yùn)算速度為 1 萬億次。2003 年，聯(lián)想率先研制成功深騰 6800，峰值速度達(dá) 5.3 萬億次，在 2003 年 11 月 TOP500 榜單中排第 14 位。
2004 年，曙光 4000A 也順利誕生，峰值速度可達(dá) 11.2 萬億次。在 2004 年 6 月 TOP500 排名中，曙光 4000A 位列第十。這是 863 計(jì)劃研發(fā)的超級計(jì)算機(jī)首次進(jìn)入世界前十。
中國超算的里程碑
2008 年對中國、對中國超級計(jì)算機(jī)界來說，都是一個非常重要的年份。
這一年，北京舉辦了奧運(yùn)會。開幕式上，李寧腳踏“祥云”在“空中跑道”奔跑時，一副中國式畫卷沿“空中跑道”展開。
這幅畫卷的數(shù)字影像正是由 233 萬億次的曙光 5000A 計(jì)算而成的。
這臺有著“魔方”之稱的超級計(jì)算機(jī)，是當(dāng)時除美國以外世界上最快的高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。但“魔方”也僅是“十一五”863計(jì)劃的一個階段性成果。
2006 年，“十一五”863計(jì)劃設(shè)立了 “高效能計(jì)算機(jī)及網(wǎng)格服務(wù)環(huán)境” 重大項(xiàng)目，將研制千萬億次高效能計(jì)算機(jī)列為主要目標(biāo)之一。
“超級計(jì)算機(jī)的發(fā)展規(guī)律是每 10 年性能提高 1000 倍。2000 年的國際先進(jìn)水平是 1 萬億次，到 2010 年肯定會達(dá)到千萬億次級。要占領(lǐng)制高點(diǎn)，必須盡快開始研制千萬億次計(jì)算機(jī)?！?上文提到的天河一號總設(shè)計(jì)師楊學(xué)軍說。
2004-2006 年間，中國最快的超級計(jì)算機(jī)曙光 4000A，運(yùn)行速度只有 11.2 萬億次。一步跨越到千萬億次超級計(jì)算機(jī)不太實(shí)際。因此，千萬億次超級計(jì)算機(jī)的研制分兩步走。
第一階段，曙光和聯(lián)想分別研究百萬億次超級計(jì)算機(jī)，為千萬億次超級計(jì)算機(jī)積累經(jīng)驗(yàn)。第二階段，中科院計(jì)算所和曙光、國防科技大學(xué)和浪潮、國家并行計(jì)算中心和無錫江南計(jì)算所分別研制千萬億次超級計(jì)算機(jī)。
2008 年，233 萬億次的曙光 5000A 和 157 萬億次的深騰 7000 相繼登場。前者位在 TOP500 中排名 10，后者在 TOP500 中排名 19。
曙光 5000A 和深騰 7000 的誕生意味著，中國成為全球第二個有能力研制百萬億超級計(jì)算機(jī)的國家。
但美國還是走得更快些，2008 年上半年 IBM 就推出了千萬億次的走鵑，比楊學(xué)軍預(yù)測的 2010 年還要早。
第二階段的努力在 2009-2010 年間看到了成果。國防科技大學(xué)和浪潮聯(lián)合研制的千萬億次超級計(jì)算機(jī)分兩期完成研制，2009 年誕生了天河一號，峰值運(yùn)行速度 1206 萬億次。
2010 年，第二期天河一號 A 研制成功。在 11 月的 TOP500 排名中，天河一號 A 以每秒 4700 萬億次的峰值運(yùn)行速度、2566 萬億次持續(xù)運(yùn)行速度值，把美國的橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的美洲虎比了下去。
這是一個里程碑式的事件——中國自研的超級計(jì)算機(jī)，第一次在超級計(jì)算機(jī) TOP500 榜單中名列第一。
天河一號還在國際上帶起了一個新的超級計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。
傳統(tǒng)構(gòu)建超級計(jì)算機(jī)的方法是集成更多的 CPU，但增加 CPU 數(shù)量受到功耗、占地面積、系統(tǒng)可靠性方面的限制。
“按傳統(tǒng)方法構(gòu)建一臺每秒百億億次超級計(jì)算機(jī)，需要占地 1.3 萬平方米，將近兩個足球場那么大；需要用電 320 兆瓦，相當(dāng)于一個大中型城市的用電量”。
天河一號總設(shè)計(jì)師楊學(xué)軍沒有沿用傳統(tǒng)方法，而是率先采用了 CPU+GPU 異構(gòu)融合的體系結(jié)構(gòu)，第一次從工程實(shí)現(xiàn)上證明了 GPU 可以被用于超級計(jì)算機(jī)。
由于這種結(jié)構(gòu)能耗低、成本低、集成度高，很快國際上就掀起了一股異構(gòu)超級計(jì)算機(jī)的熱潮。
中科院計(jì)算所和曙光研制的曙光 6000（星云）也不遑多讓。這臺超級計(jì)算機(jī)達(dá)到了 1271 萬億次的峰值性能，在 2010 年 11 月的 TOP500 中位居第三，排在天河一號 A 和美洲豹之后。
無錫江南計(jì)算技術(shù)研究所研制的神威藍(lán)光，也達(dá)到了 1100 萬億次的峰值運(yùn)算速度。
三個千萬億超級計(jì)算機(jī)中，神威藍(lán)光雖然運(yùn)算速度較慢，但它是唯一全面采用中國自研 CPU “申威”的機(jī)器。
自研的 CPU 可以支撐起速度領(lǐng)先的超級計(jì)算機(jī)，這件事的重要性在近幾年越發(fā)顯現(xiàn)。
“芯”的戰(zhàn)爭，不變的定律
2019 年 6 月，繼中興、華為之后，美國特朗普政府將制裁矛頭瞄準(zhǔn)了中國超算領(lǐng)域 5 家機(jī)構(gòu)。
美國商務(wù)部工業(yè)和安全局發(fā)布公告稱，將把中科曙光、成都海光集成電路設(shè)計(jì)公司、成都海光微電子技術(shù)公司、天津海光信息技術(shù)公司和無錫江南計(jì)算技術(shù)研究所列入實(shí)體清單。
三家海光系企業(yè)都是曙光的子公司，也就是說，這次制裁的目標(biāo)實(shí)質(zhì)只有兩個：曙光和無錫江南計(jì)算技術(shù)研究所。
事實(shí)上，早在 2015 年，國防科技大學(xué)、國家超級計(jì)算長沙中心、國家超級計(jì)算廣州中心和國家超級計(jì)算天津中心就被列入到實(shí)體清單里。
從天河系列（國防科技大學(xué)）到曙光系列（中科曙光）和神威系列（江南計(jì)算技術(shù)研究所），中國超級計(jì)算機(jī)三大系列全部受到美國制裁。制裁旨在卡住中國超算的“脖子”，封鎖最關(guān)鍵的芯片。
近年來，中國和美國在超級計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的競爭越發(fā)激烈。2013 年 6 月起，天河二號以每秒 5.49 億億次的峰值性能，霸榜 TOP500 3 年。2016 年 6 月，神威·太湖之光以每秒 12.54 億億次的峰值性能接棒天河二號。直到 2018 年 6 月，美國能源部宣布建成峰值 18.77 億億次的 Summit，才重奪 TOP500 榜首位置。
國防科技大學(xué) 2015 年被美國列入實(shí)體名單后，采用英特爾至強(qiáng)處理器的天河二號，原定的升級計(jì)劃馬上被打斷。
神威·太湖之光則沒有這樣的擔(dān)憂?！皣蚁Ｍ懿捎昧硪环N技術(shù)路線來研制新的超算。新超算從布局之初的思路就是要打造擁有全國產(chǎn)架構(gòu)、自主可控的軟硬件?！眹页売?jì)算無錫中心主任、清華大學(xué)教授楊廣文說。
神威·太湖之光采用的 CPU 和神威藍(lán)光的 CPU 是同一個系列——中國自研的“申威”。楊廣文解釋：“‘申威’系列的技術(shù)路線比較明晰而穩(wěn)定，而且采用上一代‘申威’ CPU 的神威藍(lán)光為神威·太湖之光的發(fā)展做了很好的鋪墊和嘗試。”
神威系列超級計(jì)算機(jī)和“申威”系列芯片，都出自無錫江南計(jì)算技術(shù)研究所。2003 年，當(dāng)中國自研超級計(jì)算機(jī)還處在萬億次階段時，江南計(jì)算技術(shù)研究所為解決在超算和國防、信息安全領(lǐng)域的芯片困境，就已經(jīng)開始設(shè)計(jì)自己的高性能芯片。
超級計(jì)算機(jī)技術(shù)內(nèi)涵龐雜，涉及架構(gòu)、通信、存儲、集群很多領(lǐng)域，但在高水平的競爭中，芯片還是最核心的部分。天河二號被“卡住脖子”后，在 2018 年借助中國自研的 Matrix-2000 加速卡才完成升級。
當(dāng)下超級計(jì)算機(jī)領(lǐng)域競賽焦點(diǎn)是 E 級（秒鐘運(yùn)算一百億億次）超算的研發(fā)，中國為此正在準(zhǔn)備的三個方案，全部使用國產(chǎn) CPU 和加速器。
1978 年，因?yàn)椤安ＡХ俊?，中國科研人員走上了自主研制超級計(jì)算機(jī)的道路。如今中美關(guān)系緊張，美方又把芯片鎖進(jìn)了“玻璃房”。競爭的內(nèi)容在變，但不變的是——唯有掌握核心技術(shù)，才不會受制于人。
主要參考資料：
電腦報(bào)：中國第一超級電腦煉成記
人物：追記中國巨型機(jī)之父慈云桂
AMiner：2018 超級計(jì)算機(jī)研究報(bào)告
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