“天河一号”自主创新之路：一点一滴超越对手

“天河一号”自主创新之路：一点一滴超越对手

2010年11月19日 07:26新华网【大中小】【打印】共有评论101条

新华网天津11月18日电题：登上世界超级计算的“珠穆朗玛”

——追寻“天河一号”的自主创新之路

新华社记者余晓洁、周润健、白瑞雪

30年前，中国的超级计算机用户有一个神秘的“玻璃房”：美国人把一台超级计算机卖给中国，用不透明的玻璃包裹得严严实实，不容中国技术人员入内。这块中国土地上的“技术飞地”成了中国科学家心中永远的痛。

30年后，国防科大自主研发的中国首台千万亿次计算机“天河一号”以每秒2566万亿次的持续速度，登上了世界超级计算的“珠穆朗玛”，成为世界上最快的超级计算机。这个速度是前“世界纪录保持者”——美国“美洲虎”的1.45倍。

11月17日，超级计算机“世界第一”的奖章上第一次刻下了中国的名字。这是几代“天河”人梦圆的时刻，是古老的“算盘王国”崭新传奇的开始。

从奋力追赶到局部引领，关键技术的突破是自主创新的核心

从2008年投入研制到2010年问鼎世界之最，是什么让“天河一号”在短时间内从众多欧美超算“高手”中突出重围？

超级计算机是国家的科技基础设施、人类的“天文望远镜”。在这样一个国际竞争激烈的高科技制高点，从来没有免费的午餐。“天河一号”总设计师、国防科大副校长杨学军说。“通过在高性能计算上长期的技术积累，我们拥有了属于自己的…绝活‟。”

运用中国人的智慧，科研人员们为“天河一号”独创了通用CPU和GPU结合的体系结构。这是一条世界上全新的技术路线。

一年过去，因其低能耗、低成本、高集成度等优点，这种体系结构已经成为国际主流。在最新全球计算机500强排行榜的前10台计算机中，除了“天河一号”，中国的另一台千万亿次机“曙光星云”和位于第4名的日本Tsubame超级计算机也采用了这一结构。而生产GPU的美国厂商NVIDIA公司也因此成为“明星”。

“在体系结构的路上，中国人在拉着世界往前走。”中国科学院软件所研究员张云泉说。关键技术是买不来的——自起步开始，“天河”人就深谙这个道理。

随着国防科大自主研发的“飞腾1000”芯片安装到“天河一号”二期系统上从而部分取代进口芯片，让中国的超级计算机拥有一颗“中国芯”的梦想成真。

自主芯片的成功研制和运用，为“天河”未来的全部国产化奠定了基础。尽管目前的自主CPU与世界先进水平还有差距，杨学军透露说，国防科大正在研发中的新一代芯片，又有新的技术“绝活”，性能将显著提升。

从自主CPU到让美国专家赞叹不已的互联芯片，从高性能虚拟计算域到软硬一体的低功耗控制，“天河一号”所创造的“中国速度”背后，是一系列领先世界水平的技术进步。每一项关键技术的突破都是让世界瞩目的亮点，一路走来的每一步都铭记着中国超级计算机发展的坚实足印。

“我们中国人要有志气，虽然不能一下子超过人家，可以一点点地做得更好，最终实现全面超越。这是个水滴石穿的积累过程。”“天河一号”工程办公室主任李楠说。

从当年的奋力追赶到今天的局部引领，虽然中国在信息技术领域与西方发达国家仍有差距，世界超级计算机的发展史上，已经留下了“中国设计”的深深烙印。

从白手起家到攀登高峰，具备信心与勇气的人才团队是自主创新的源泉

成功研制出“天河一号”的计算机专家团队由200人组成，骨干工程师平均年龄30多岁，技术带头人也不过40多岁。

“高性能计算机是年轻人的事业，他们思维敏捷、具有创新精神，更有攀登科技高峰的信心和勇气。”国防科大政委王建伟说。“文革”刚刚结束，面对西方国家对中国实行的技术封锁政策，被称为“银河之父”的慈云桂教授就带着一帮年轻人开始研制当时只有美国和日本能做的亿次巨型机。

“我们吃在工厂，睡在工厂。很多人说，…文革‟耽误了10年，现在机会来了，我会拼命地干。当时的加班费是一个晚上两毛钱，我让大家登记领钱，结果没一个人愿意领。”曾任“银河一号”工程自动化组组长的李思昆回忆说，“现在的条件虽然好多了，年轻人不怕苦累、艰苦奋斗的精神没有丢，我非常欣慰。”

“天河”团队的故事平凡而又不平凡：在“闭关”钻研关键技术的半年期间，一位科研人员买给孩子的玩具，几个月后才送回家；一个小伙子做了手术，不能站立也不能坐太久，就跪着干活；新郎突然接到命令出差，新娘只好独自举行婚礼……

路，终于向勇敢、勤奋和不懈努力的人打开。

1983年11月26日，第一台巨型计算机“银河一号”研制成功，我国成为继美、日等少数国家之后，能独立设计和制造巨型机的国家；

2009年，我国首台千万亿次超级计算机系统“天河一号”研制成功。我国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机系统的国家；2010年，“天河一号”问鼎世界超级计算机之最……

从“银河”到“天河”，在这里，可以清晰地看到中国巨型计算机事业前行的脉络。

超算领域近乎残酷的巅峰对决，使得“银河人”每天都在跟时间赛跑。

“…天河‟的成功靠的是研发团队争分夺秒、只争朝夕的超常付出。”李楠告诉记者，3年来，研发人员没有歇过完整的周末和节假日，每天都是“三班倒”，机房1年365天灯火长明。去年国庆8天长假，大家只休息了一天，为的是观看国庆阅兵式，为自己鼓劲！

“…天河一号‟的许多新速度都是在凌晨三四点的时候算出来的，大家都会兴奋地打电话相互转告。”“天河一号”主任设计师卢宇彤说。

如果说数十年的技术积淀和“计算机+多学科”的融合优势是“银河”赋予“天河”的技术财富，“胸怀祖国、团结协作、志在高峰、奋勇拼搏”的“银河精神”就是“天河”团队永远的精神高地。

从“中国制造”到“中国创造”，提升创新能力是自主创新的方向

与西方发达国家相比，应用上的差距是中国超级计算领域的一块“短板”。

“…天河一号‟如果得不到广泛的实际应用，仅仅追求世界第一没有意义。”李楠说。目前，“天河一号”已在石油勘探、高端装备研制、生物医药、动漫设计、新能源、新材料、工程设计与仿真分析、气象预报、遥感数据处理、金融风险分析等领域获得了成功应用，先后为20多个用户单位提供了高性能计算服务。

国家超算天津中心副主任朱小谦介绍说，中心目前已与国际生物医药联合研究院、南开大学等生物医药研发单位合作，搭建了生物医药信息处理平台；与中新生态城国家动漫产业综合示范园合作，构建了高速动漫设计平台；面向高端制造业，建立了计算机辅助设计和仿真分析平台。

在中国产业从“中国制造”向“中国创造”转型的道路上，超级计算机是桥梁、是平台。

天津国际生物医药联合研究院是“天河一号”的用户单位之一。院长助理徐峰向记者介绍说，研发一种新药，平均要耗时10年、花费10亿美元、筛选10 万个化合物，随之而来的还有初期巨额成本的投入。高性能计算机辅助药物设计和高通量虚拟筛选方法的应用，为化合物活性的评价提供了极大的方便，使通常在普通计算机上需要运行一年的筛选任务缩短到一个星期，提高了新药研发的效率，缩短了周期，降低了成本，并且为新药的发现提出了崭新的思路。

为创新型国家打造科技创新的孵化器，“天河一号”在国家发展的大格局中找到了属于自己的坐标。

天津市社科院教授王来华认为，“天河一号”将大大提升滨海新区乃至环渤海地区高科技服务业水平，为构筑高端化、高质化、高新化产业结构，发展优势支柱产业提供更好支撑。