中國超級計算機將成全國技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“超級馬達”

超級計算機(Super computer)，是指能夠執(zhí)行一般個人電腦無法處理的大量資料與高速運算的電腦。就超級計算機和普通計算機的組成而言，構(gòu)成組件基本相同，但在性能和規(guī)模方面卻有差異。超級計算機主要特點包含兩個方面：極大的數(shù)據(jù)存儲容量和極快速的數(shù)據(jù)處理速度，因此它可以在多種領(lǐng)域進行一些人們或者普通計算機無法進行的工作。

中國超級計算機是如何實現(xiàn)從無到有，從大型機到巨型機進化的?1950年3月，中央人民廣播電臺播發(fā)了一封書信，信中說“梁園雖好，非久居之鄉(xiāng)，歸去來兮。”信的作者是剛從美國經(jīng)香港抵達北京的數(shù)學(xué)家華羅庚，這是他在歸國途中所書寫，目的是號召海外知識分子回國參加社會主義建設(shè)。超級計算機(巨型計算機)是相對于大型計算機而言的一種運算速度更高、存儲容量更大、功能更完善的計算機。它通常是指每秒中能運算5000萬次以上、存儲容量超過百萬個字節(jié)的電子計算機。 [9] 超級計算機信息處理能力比個人計算機快一到兩個數(shù)量級以上，它在密集計算、海量數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。作為高性能計算技術(shù)產(chǎn)品的超級計算機，又稱巨型機，是與高性能計算機或高端計算機相對應(yīng)的概念。

超級計算機具有很強的計算和處理數(shù)據(jù)的能力，主要特點表現(xiàn)為高速度和大容量，配有多種外部和外圍設(shè)備及豐富的、高功能的軟件系統(tǒng)。超級計算機采用渦輪式設(shè)計，每個刀片就是一個服務(wù)器，能實現(xiàn)協(xié)同工作，并可根據(jù)應(yīng)用需要隨時增減。以我國第一臺全部采用國產(chǎn)處理器構(gòu)建的“神威·太湖之光”為例，它的持續(xù)性能為9.3億億次/秒，峰值性能可以達到12.5億億次/秒。通過先進的架構(gòu)和設(shè)計，實現(xiàn)了存儲和運算的分開，確保用戶數(shù)據(jù)、資料在軟件系統(tǒng)更新或CPU升級時不受任何影響，保障了存儲信息的安全，真正實現(xiàn)了保持長時、高效、可靠的運算并易于升級和維護的優(yōu)勢。

信中，華羅庚喊出了那一句振聾發(fā)聵的話：“科學(xué)沒有國界，科學(xué)家是有自己的祖國的”?！傲簣@雖好”出自漢代司馬相如辭別梁孝王時的一句感慨，展示了司馬相如志在四方的遠大抱負。那時，有很多中國科學(xué)家為躲避戰(zhàn)火遠赴歐美國家落腳，潛心科研，受到了優(yōu)待。華羅庚就已被美國伊利諾伊大學(xué)聘為教授，待遇豐厚。在新中國的號召下，包括華羅庚在內(nèi)的很多科學(xué)家毅然選擇從海外輾轉(zhuǎn)回到祖國。

回來后，華羅庚回到清華園，擔任清華大學(xué)數(shù)學(xué)系主任。1952年夏，有感于美國正開展電子管計算機的研究，華羅庚提倡并牽頭，與閔乃大、夏培肅和王傳英等人在中科院數(shù)學(xué)所內(nèi)，組建了中國第一個電子計算機科研小組。

那時，中國計算機領(lǐng)域荒蕪一片，前行者正高舉火把探索未知之境。閔乃大寫出中國第一個“電子計算機研究的設(shè)想和規(guī)劃”，揭開我國電子計算機研制的序幕。1956年3月，在新中國制定的《1956-1967年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠景規(guī)劃綱要》中，計算機成為發(fā)展科學(xué)技術(shù)的“四項緊急措施”之一。

同一時間，華羅庚被任命為中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所籌備委員會主任，研制通用數(shù)字電子計算機，同時派人向“老大哥”蘇聯(lián)取經(jīng)。1958年，在“立足國內(nèi)先仿制，后自行設(shè)計”的原則下，中國仿制蘇聯(lián)M-3大型計算機的103機研發(fā)成功，每秒運算速度1500次，實現(xiàn)了從零到一的跨越。

雖說中國的計算機研發(fā)距離美國發(fā)明世界首臺計算ENIAC，只相差12年，但彼此在人才和設(shè)備上已經(jīng)有了相當大的距離。

美國從二戰(zhàn)時期就已經(jīng)展開了計算機研究，從軍方到民間有數(shù)十萬名經(jīng)驗豐富的科研人員，而且經(jīng)費充足。中國這時別說計算機研究，很多人連計算機是什么都沒搞清楚，更沒親眼見過，經(jīng)費更是捉襟見肘。彼時，美國IBM公司在貝爾實驗室的幫助下，成功研發(fā)出晶體管構(gòu)造的計算機RCA501型。

由于采用晶體管邏輯元件及快速磁芯存儲器，RCA501型計算機的計算速度從每秒5000次提高到幾十萬次，主存儲器的存儲量也從幾千KB提高到十萬KB以上，同時也出現(xiàn)了簡單的采用高級語言及其編譯程序的操作系統(tǒng)。

國慶節(jié)期間，位于濱海新區(qū)的國家超級計算天津中心機房里，一排排約2米高的黑色機柜整齊排列，綠色運行指示燈快速閃爍，這是“天河”新一代超級計算機所在地。

“新一代超級計算機已實現(xiàn)一秒鐘內(nèi)百億億次的運算，其工作1小時相當于全球70多億人上萬年的計算工作量，被稱為“最強大腦”。每天，超過15000項計算任務(wù)在這里執(zhí)行，其中有三分之二來自京津冀。”天津超算中心黨組書記兼應(yīng)用研發(fā)首席科學(xué)家孟祥飛說，天津超算中心的超級算力正源源不斷地轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，成為京津冀乃至全國技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“超級馬達”。

近期因疫情反撲，濱海新區(qū)大片區(qū)域為靜態(tài)管理區(qū)。天津超算中心實施封閉管理，往日頻繁的線下業(yè)務(wù)交流活動暫停，門庭冷清，但大樓里卻是另一番忙碌景象。因運行保障和節(jié)日期間的升級改造任務(wù)在身，30余名工作人員拿著“通行證”和核酸陰性檢測報告，逆行返回中心大樓，接受封閉管理，在這里度過了別樣的國慶假期。

這種忙碌景象，曾出現(xiàn)在今年1月份。濱海核酸大篩系統(tǒng)如果出現(xiàn)問題，意味著濱城會有成千上萬人在寒冬中排隊等待。為保證核酸大篩系統(tǒng)平穩(wěn)運行，超算中心的同事吃住在中心，夜以繼日，不斷調(diào)整升級優(yōu)化，大幅度提高了系統(tǒng)的并發(fā)效率和穩(wěn)定性，保障了大篩的順利開展。

這種熱鬧景象，出現(xiàn)在每一個節(jié)假日和尋常周末。在每一個千家萬戶都圍桌慶祝的時候，超算中心總有一些工作人員24小時值守。因為天河超級計算機上不僅運行著客戶的計算任務(wù)，更承載著客戶的信任和依托。

作為功能最強、運算速度最快、存儲容量最大的一類計算機，超級計算機承擔著普通計算機難以完成的計算任務(wù)，能夠“算天、算地、算人”。

超級計算機主要用于解決國計民生領(lǐng)域的尖端技術(shù)問題，看似離人們很遠，其實和每個人的生活緊密相關(guān)。現(xiàn)在的天氣預(yù)報越來越精準，還可以做到中長期預(yù)報，為人們生產(chǎn)生活提供指導(dǎo)，這其中便有超級計算機的功勞。在防災(zāi)減災(zāi)中，超級計算機能利用模擬仿真技術(shù)，對地震破壞進行預(yù)測和預(yù)警，降低災(zāi)害損失。疫情期間，新冠肺炎診療技術(shù)與藥物研發(fā)、各地聯(lián)防聯(lián)控和精準施策等也都離不開超級計算機的支持。

天津超算中心基于自身優(yōu)勢構(gòu)建京津冀大數(shù)據(jù)協(xié)同處理中心，目前正在為數(shù)千家重點科研單位、企業(yè)和政府機構(gòu)提供技術(shù)服務(wù)，助力取得超過4000項創(chuàng)新成果，已經(jīng)累計為企業(yè)新增經(jīng)濟效益近150億元，應(yīng)用涉及生物醫(yī)藥、基因技術(shù)、航空航天、天氣預(yù)報與氣候預(yù)測等諸多領(lǐng)域。隨著國內(nèi)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化進程加快，越來越多的企業(yè)對高性能計算、安全存儲、人工智能等技術(shù)服務(wù)需求增加，這也助推了天津超算中心產(chǎn)業(yè)化步伐加快。

計算是繼理論與實驗之后的第三種研究方法，通過計算機建模仿真等技術(shù)手段，可以在虛擬世界中完成自然條件下難以完成的科學(xué)實驗和探索。作為解決國家經(jīng)濟建設(shè)、社會發(fā)展、科學(xué)進步、國家安全和國防建設(shè)等領(lǐng)域一系列重大挑戰(zhàn)性問題的重要手段，超級計算現(xiàn)已成為世界各國特別是大國爭奪的戰(zhàn)略制高點。

國家超級計算長沙中心主機系統(tǒng)升級項目由湖南省、長沙市和岳麓山國家大學(xué)科技城共同出資，湖南大學(xué)負責(zé)建設(shè)。系統(tǒng)采用國防科技大學(xué)“天河”新一代超級計算機技術(shù)，峰值計算性能每秒20億億次高精度浮點運算、數(shù)據(jù)存儲能力20,000,000GB、峰值功耗不高于8兆瓦，算力水平國際先進、國內(nèi)領(lǐng)先。

自2014年運營以來，國家超級計算長沙中心累計為40個領(lǐng)域2000余家用戶提供16億核時的高性能計算、大數(shù)據(jù)和人工智能等服務(wù)，在服務(wù)國家和地方科技創(chuàng)新、服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展，特別是在抗擊新冠肺炎疫情等方面作出了重要貢獻。

據(jù)了解，湖南數(shù)字經(jīng)濟已連續(xù)4年保持兩位數(shù)增長，正成為推動全省經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展的新引擎。天河新一代超級計算機主機系統(tǒng)順利落地建成并投入運行，標志著國家超級計算長沙中心建設(shè)發(fā)展進入了新階段，湖南省先進計算創(chuàng)新能力和水平邁上了新臺階。

未來，國家超級計算長沙中心將在構(gòu)建先進計算生態(tài)、賦能產(chǎn)業(yè)發(fā)展、服務(wù)數(shù)字政府和數(shù)字社會建設(shè)、支撐重大科技創(chuàng)新、匯聚高水平人才等方面作出新的更大貢獻。