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曙光5000A

　　“几个足球场大、每秒完成千万亿次运算、代表国家整体实力的高性能计算机在全国的实验室布点将于2012年完成”。在今年7月召开的广东科协论坛上，相关专家透露。

　　其中，在华南地区，我国将选择在深圳市建设“华南超级计算中心”；华北地区的实验室设在了天津；华东地区的实验室设在了上海。而西北地区、西南地区、东北地区的布点正在酝酿当中。

　　目前，我国高性能计算机应用环境已经成熟，即将迎来大发展时期。

银河、神威、曙光等的出现让中国高性能计算机产业看到了希望，也彻底打破了西方国家给我们设置的“玻璃房子”。曾经在高性能计算机领域一穷二白的中国，在几辈人的努力下，终于逐渐走出了重重藩篱。

　　面临窘境：中国人不得进入“玻璃屋”

　　时光倒转。

　　几十年前，在巴统协议下，西方国家在高技术领域对我国进行封锁和限制，但作为一个发展中的大国，中国对高性能计算机需求非常迫切。

　　“过去，国外专家圈内盛行中国贫油论，当时中国满大街跑的车上都顶着一个煤气包，中国作为大国，没有石油是非常要命的。”曙光总裁历军在接受媒体采访时表示，“中国有油，但就是找不到；要找到石油，就必须进行大规模的计算。”

　　中国科学院计算技术研究所朱书汉研究馆员向记者介绍，在这种历史背景下，政府才不计血本，从国外引入高性能计算机，这些机器后期的集成与维护费用动辄以百亿计，即便这样，国外也对中国买入的机器进行了某些功能上的限定。

　　朱书汉介绍，原石油工业部物探局花“天价”买了一台IBM大型机，还必须接受对方的苛刻要求，把机器安放在一个中国人不得入内的透明的“玻璃屋子”里，以方便美国专家监控。

　　回忆起当初国外的种种限制，中科院计算技术研究所研究员、龙芯课题组负责人胡伟武接受媒体采访时，也非常气愤地表示：“国外卡得太严，我们往往只能在跟外国元首会晤时，才有机会买到几片芯片，这真是让人难受。我当时的梦想就是一定要做出自己的高性能芯片。”

　　计算所的王茂杰也深有感触。王茂杰曾带领他的团队，研制出第一台汉字微机，解决了我国微机汉字输入输出问题，其广泛地应用在财政税收等领域。

　　王茂杰表示，“在中国高性能计算领域，外国对中国处处封锁，我们事事都得依靠自己，从零做起。”

　　“银河”出世：外国人无法再卡我们脖子

　　为了拆除屈辱的“玻璃房子”，满足我国对高性能计算机的需求，中国需要自己独立研制高性能计算机。

　　而“白手研发高性能计算机”的艰巨任务也自然而然地落在了科研界的头上。也就是在那个时候，以中国科学院为主，集中了当时二机部、总参三部、高教部几个方面干练的科技力量共同筹建的中国科学院计算技术研究所筹备委员会（于1956年8月25日成立，由华罗庚数学家担任主任委员），开创了我国计算机事业。其主要任务就是攻坚“计算技术科学”。

　　朱书汉介绍，那时，计算所经过‘先集中攻坚，后分散展开’的原则，研制出了中国第一台103小型通用数字计算机和第一台104大型通用数字计算机。同时，还着手自行设计了我国第一台107小型通用数字计算机。在这之后，又研制成功了107、119、109乙、109丙、111、013、717、150-AP、757、KJ8920及KJ9038等计算机，这些机器都在相应的历史时期为国家做出了贡献。

　　而“银河”的诞生，从根本上解决了我国巨型机受制于人的窘境。

　　朱书汉说，1978年3月，全国第一次科学大会在北京召开，中国迎来了科学的春天。此后，邓小平同志曾亲自召开会议，听取有关部门关于战略武器研制的汇报。会议上，邓小平对国防科委主任张爱萍上将说：“现在巨型计算机就交给你了，你要立军令状，5年内拿出中国的巨型机。”张爱萍上将把研制任务下达给当时的长沙工学院，由慈云桂（1917—1990）教授领衔担任总设计师，预定的5年时间只能提前，不能拖后，计算机的速度必须达到每秒1亿次。

　　时任国防科大计算机研究所所长的慈云桂教授听到这消息，连声说：好，好，就等着这一天呀！

　　当时，大家只有一个信念，全力以赴造出自己的巨型机，大家把它叫“争气机”，就是要争一口气。

　　研制工作迅速展开之后，各种复杂技术问题随之冒了出来。走什么样的技术路线？采取什么样的体系结构？问题像一个个“拦路虎”。

　　但天道酬勤，5年没日没夜地顽强拼搏，以慈云桂所长为代表的科研人员，闯过了一个个理论、技术和工艺难关，攻克了数以百计的技术难题，创造性地提出了“双向量阵列”结构，大大提高机器的运算速度，提前一年完成了研制任务，系统达到并超过了预定的性能指标，机器稳定可靠，且经费只用了原计划的1/5。

　　1983年12月26日，我国第一台命名为“银河”的亿次巨型计算机正式通过国家技术鉴定。国防科委张爱萍主任亲自挥笔命名为“银河”，并题诗一首：“亿万星辰汇银河，世人难知有几多。神机妙算巧安排，笑向繁星任高歌。”

　　国务院电子计算机与大规模集成电路领导小组组织全国29个单位的95名计算机专家和工程技术人员，成立“银河计算机国家技术鉴定组”，并分成7个小组对“银河”机进行全面、严格的技术考核。结果表明：26道在国民经济发展和科学研究方面具有广泛代表性的正确性考题，先后计算3遍，数据完全相同，结果正确，精度符合要求。

　　朱书汉说，自从有了巨型计算机，我国的大型科学计算就不再受制于人，外国人想卡我们的脖子再也没门了。

　　如今，“银河”系列巨型机广泛应用于天气预报、空气动力实验、工程物理、石油勘探、地震数据处理等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益。

　　曙光诞生：初现产业化端倪

　　“虽然有了‘银河’，但其还不能大规模推广应用。国内开始迫切需要一种体积小、价格便宜、能耗低的巨型机去解决民用领域的海量计算。”朱书汉表示。

　　于是，曙光的研制提到了日程。

　　朱书汉介绍，为实现国家高技术计划智能计算机主题项目的发展目标，经国家科委批准，于1989年12月25日成立国家智能计算机研究开发中心，选定中国科学院计算技术研究所为国家智能计算机研究中心(以下简称智能中心)的依托单位，负责研制曙光系列高性能计算机。

　　经过3年的努力，1993年“曙光一号”并行机研制成功，这是我国第一台全对称的多处理机，在国内率先实现了多线程机制和细粒度并行。1994年，“曙光一号”被写入当年的全国人大政府工作报告。

　　“曙光一号”虽解决了我国自行研制的通用高性能计算机从无到有的问题，但其体系结构限制了其可扩展性，从1993年起，智能中心开始了大规模并行计算机系统“东方一号”——“曙光1000”的研制工作，“曙光1000”采用大规模并行处理(MPP)体系结构。

　　1995年3月，我国“曙光1000”大规模并行计算机系统研制成功，5月通过了由国家科委组织的国家级鉴定，成为我国第一台实际运算速度超过每秒10亿次浮点运算(峰值速度25亿次)的并行机。这是当时国内研制的最高水平的计算机系统。它突破了一大批大规模并行处理(MPP)的关键技术，使中国成为世界上少数几个能研制和生产大规模并行计算机系统的国家之一。

　　就在这台计算机诞生后，美国宣布解除10亿次计算机对我国的禁运。

　　“曙光1000”的研制成功打破了西方国家在大规模并行机方面对我国的封锁和垄断。此外，我国自主研发的高性能计算机在石油、气象、科研、教学、国防等领域可广泛应用。

　　随着解禁令的下达，我国高性能计算机商业化的时代也来了。基于这种情况，国家做出了决策：中国高性能计算机产业要做大做强，必须抢占商业领域。在计算所的支持下，在1995年，就成立了曙光公司。

　　而继“曙光一号”“曙光1000”研制成功后，智能中心又成功研制了“曙光2000”“曙光3000”“曙光4000”等一系列高性能计算机系统。2008年，智能中心又成功推出峰值230万亿次的“曙光5000A”高性能计算机系统。

　　21世纪初，随着联想、浪潮等以商业运作为核心的企业的加入，中国高性能计算机产业进入了一个颇为繁荣的时期，也迎来了产业化的春天。

　　2002年8月，联想深腾1800系统实测性能超过万亿次，实际运算速度可排全球高性能计算机TOP 500强的第24位。2003年11月，深腾6800通过鉴定，美国能源部劳伦斯·伯克利国家实验室测试，深腾6800以每秒4.183万亿次的运算速度位居第14位。

　　2007年，联想把高性能计算提上了重要日程：先是发布各种关于高性能计算机的市场策略及研发策略，然后以强大的营销攻势迅速地渗入到教育、政府、海洋等行业。

　　而浪潮是高性能计算机厂商中的另一主力军，其天梭系列已经在气象预报、石油勘探、生物制药等大规模并行计算科学研究领域积累了大量的应用经验。

　　中国高性能计算机已初现产业化端倪。

　　KD-50-I：巨型机有了自己的“芯”

　　21世纪初，IT产品已经开始标准化，巨头们通过各种渠道大规模地向中国市场出售IT产品。

　　“直销、分销、攻占高端市场、扩张渠道、打造高性能计算整体解决方案，笼络中低端市场……”一系列举措使IBM、惠普、NEC、Cray等国际巨头的产品和服务迅速蔓延到中国的大江南北。也就是在那时，国内高性能计算机厂商的市场份额开始大大缩减。

　　“我们度日如年，高性能机群项目利润低得可怜。”一位中国高性能计算机行业的资深人士说，“中国IT企业在高性能机群领域，没有核心竞争力。”

　　“尽管中国拥有曙光等高性能计算机，但掩盖不了的一个事实是，许多关键的部件如CPU等均购自国外。”朱书汉遗憾地表示。

　　在这个意义上，基于我国自主知识产权的通用处理器龙芯的出现，具有划时代的意义，它结束了中国“无芯”的历史。

　　时至今日，龙芯产业已经初具规模。而中国首台采用国产高性能通用处理器芯片“龙芯2F”的万亿次高性能计算机“KD-50-I”的出现，更是让龙芯和中国的高性能计算产业向前迈了一大步。

　　时间定格在2007年即将结束的前几天，就在举国欢庆2008年到来的时候，中国科技大学以陈国良院士为负责人的项目研发团队却丝毫没有加入到这种节日的氛围中，他们正在紧张地测试着一串串程序代码。

　　2007年12月27日，一台具有历史意义的高性能计算机在他们手中诞生。这是首次采用我国完全自主的高性能芯片研发成的万亿次机，这台被命名为“KD-50-I”的机器，采用的芯片就是代表了当前国内高性能通用处理器设计最高水平的64位“龙芯2F”芯片。

　　“KD-50-I”万亿次计算机采用单一机柜，理论峰值计算能力达到一万亿次。

　　这是中国高性能计算取得的又一次历史性的突破，而这只是开始。

　　据曙光公司介绍， “曙光6000”将采用先进的异构平台，可以支持不同的处理器。

　　曙光公司透露说，“曙光6000”目前正在顺利研制中，将于2010年问世。届时国产高性能计算机将实现两大突破：一是国产ＣＰＵ的应用，由于“曙光6000”将采用异构平台，所以采用龙芯处理器在技术上已无障碍；二是高性能计算机现有的机群体系结构将在千万亿次时代实现突破。

　　据了解，“十一五”期间，中科院计算所将推出多核多线程的高性能ＣＰＵ，不仅可应用于千万亿次的“曙光6000”，而且可搭建低功耗的高性能服务器，加快高性能计算机自主创新进程。

　　回顾过去，高性能计算机发展一路坎坷；而展望未来，中国高性能计算机虽然面临硬件、软件等重重困难，但前景一片辉煌。

　　大事记

　　● 1983年由国防科技大学研制的银河Ⅰ型亿次巨型机系统的成功问世，标志着我国具备了研制高端计算机系统的能力。

　　● 1992年曙光投入200万元研制曙光一号。随后，曙光一号、曙光1000、曙光2000、曙光3000、曙光4000相继问世。

　　● 1994年银河Ⅰ的换代产品银河Ⅱ在国家气象局正式投入运行，其系统性能达每秒10亿次，大大缩短了我国与先进国家的差距。

　　● 1997年银河Ⅲ并行巨型计算机在北京通过国家鉴定，峰值性能为每秒130亿浮点运算。

　　● 1999年首台“神威Ⅰ”计算机通过了国家级验收，并在国家气象中心投入运行。

　　● 2000年由1024个CPU组成的银河Ⅳ超级计算机系统问世，峰值性能达到每秒1.0647万亿次浮点运算。

　　● 2002年世界上第一个万亿次机群系统联想深腾1800出世，获得2004年国家科技进步二等奖。

　　● 2003年联想深腾6800问世，把世界机群计算推向新的高峰。

　　● 2004年曙光4000A成功研制，使中国成为继美国、日本之后第三个能研制10万亿次商品化高性能计算机的国家。

　　● 2005年中国高性能计算机性能TOP 100排行榜揭晓，曙光位居第一。天梭荣获国家科学技术进步二等奖。

　　● 2007年中美超级计算巨头曙光、Cray巅峰会首，曙光启动100万亿次高性能计算机研发计划。

　　延伸阅读

　　高性能计算机与我们生活息息相关

　　很多人认为，高性能计算机一般都只和科学研究联系在一起，小到原子结构的分析，大到宇宙起源模拟，到处都需要高性能计算机。事实上，在和大众生活息息相关的各个领域，我们都可以看到高性能计算机的身影。

　　精确的天气预报台风“麦莎”与北京的擦肩而过以及飓风“卡特丽娜”对美国新奥尔良的正面重创说明我们多么需要精确的天气预报。我们知道，地球连同它的大气层是一个大系统，它的内部以及它与宇宙空间，与太阳之间的能量交换与转换决定了地球上的气候状况。假如我们能够在观察数据的基础上，精确地计算和模拟出这个系统内能量转换的过程，我们就可以精确地猜测天气的变化。现在的高性能计算机的速度还不足以让我们在全球范围以精确的尺度达到这个目的。

　　促进新药研制在与疾病作斗争的过程中，我们需要新的药品。研制一种新药，从化合物筛选到临床试验，一般需要10到15年的时间。现在使用高性能计算机这个工具，以计算机模拟的手段，科学家可以在较短的时间内从几十万甚至几百万种化合物中筛选出有效的药物化合物，这不仅节省了购买真实化合物的大量资金，而且大大缩短了药物研发的周期。

　　服务网络信息在网络日益普及的今天，我们已经渐渐习惯于从网上获得信息和服务，但是同时也经常为服务响应速度的迟缓而烦恼。面对数千万、数亿用户的访问请求，服务器必须有强大的数据吞吐和处理能力。这又是高性能计算机发挥作用的舞台。高性能服务器每秒钟可以处理数千万乃至数亿次服务请求，及时提供用户所需要的信息和服务，保证服务质量。

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