中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)將成全國(guó)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“超級(jí)馬達(dá)”

超級(jí)計(jì)算機(jī)(Super computer)，是指能夠執(zhí)行一般個(gè)人電腦無(wú)法處理的大量資料與高速運(yùn)算的電腦。就超級(jí)計(jì)算機(jī)和普通計(jì)算機(jī)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(jí)計(jì)算機(jī)主要特點(diǎn)包含兩個(gè)方面：極大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jìn)行一些人們或者普通計(jì)算機(jī)無(wú)法進(jìn)行的工作。

中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)是如何實(shí)現(xiàn)從無(wú)到有，從大型機(jī)到巨型機(jī)進(jìn)化的?1950年3月，中央人民廣播電臺(tái)播發(fā)了一封書(shū)信，信中說(shuō)“梁園雖好，非久居之鄉(xiāng)，歸去來(lái)兮?！毙诺淖髡呤莿倧拿绹?guó)經(jīng)香港抵達(dá)北京的數(shù)學(xué)家華羅庚，這是他在歸國(guó)途中所書(shū)寫，目的是號(hào)召海外知識(shí)分子回國(guó)參加社會(huì)主義建設(shè)。超級(jí)計(jì)算機(jī)(巨型計(jì)算機(jī))是相對(duì)于大型計(jì)算機(jī)而言的一種運(yùn)算速度更高、存儲(chǔ)容量更大、功能更完善的計(jì)算機(jī)。它通常是指每秒中能運(yùn)算5000萬(wàn)次以上、存儲(chǔ)容量超過(guò)百萬(wàn)個(gè)字節(jié)的電子計(jì)算機(jī)。 [9] 超級(jí)計(jì)算機(jī)信息處理能力比個(gè)人計(jì)算機(jī)快一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上，它在密集計(jì)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(jì)算技術(shù)產(chǎn)品的超級(jí)計(jì)算機(jī)，又稱巨型機(jī)，是與高性能計(jì)算機(jī)或高端計(jì)算機(jī)相對(duì)應(yīng)的概念。

超級(jí)計(jì)算機(jī)具有很強(qiáng)的計(jì)算和處理數(shù)據(jù)的能力，主要特點(diǎn)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(jí)計(jì)算機(jī)采用渦輪式設(shè)計(jì)，每個(gè)刀片就是一個(gè)服務(wù)器，能實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作，并可根據(jù)應(yīng)用需要隨時(shí)增減。以我國(guó)第一臺(tái)全部采用國(guó)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(dá)到12.5億億次/秒。通過(guò)先進(jìn)的架構(gòu)和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)和運(yùn)算的分開(kāi)，確保用戶數(shù)據(jù)、資料在軟件系統(tǒng)更新或CPU升級(jí)時(shí)不受任何影響，保障了存儲(chǔ)信息的安全，真正實(shí)現(xiàn)了保持長(zhǎng)時(shí)、高效、可靠的運(yùn)算并易于升級(jí)和維護(hù)的優(yōu)勢(shì)。

信中，華羅庚喊出了那一句振聾發(fā)聵的話：“科學(xué)沒(méi)有國(guó)界，科學(xué)家是有自己的祖國(guó)的”?！傲簣@雖好”出自漢代司馬相如辭別梁孝王時(shí)的一句感慨，展示了司馬相如志在四方的遠(yuǎn)大抱負(fù)。那時(shí)，有很多中國(guó)科學(xué)家為躲避戰(zhàn)火遠(yuǎn)赴歐美國(guó)家落腳，潛心科研，受到了優(yōu)待。華羅庚就已被美國(guó)伊利諾伊大學(xué)聘為教授，待遇豐厚。在新中國(guó)的號(hào)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(guó)。

回來(lái)后，華羅庚回到清華園，擔(dān)任清華大學(xué)數(shù)學(xué)系主任。1952年夏，有感于美國(guó)正開(kāi)展電子管計(jì)算機(jī)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(guó)第一個(gè)電子計(jì)算機(jī)科研小組。

那時(shí)，中國(guó)計(jì)算機(jī)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(guó)第一個(gè)“電子計(jì)算機(jī)研究的設(shè)想和規(guī)劃”，揭開(kāi)我國(guó)電子計(jì)算機(jī)研制的序幕。1956年3月，在新中國(guó)制定的《1956-1967年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃綱要》中，計(jì)算機(jī)成為發(fā)展科學(xué)技術(shù)的“四項(xiàng)緊急措施”之一。

同一時(shí)間，華羅庚被任命為中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所籌備委員會(huì)主任，研制通用數(shù)字電子計(jì)算機(jī)，同時(shí)派人向“老大哥”蘇聯(lián)取經(jīng)。1958年，在“立足國(guó)內(nèi)先仿制，后自行設(shè)計(jì)”的原則下，中國(guó)仿制蘇聯(lián)M-3大型計(jì)算機(jī)的103機(jī)研發(fā)成功，每秒運(yùn)算速度1500次，實(shí)現(xiàn)了從零到一的跨越。

雖說(shuō)中國(guó)的計(jì)算機(jī)研發(fā)距離美國(guó)發(fā)明世界首臺(tái)計(jì)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(dāng)大的距離。

美國(guó)從二戰(zhàn)時(shí)期就已經(jīng)展開(kāi)了計(jì)算機(jī)研究，從軍方到民間有數(shù)十萬(wàn)名經(jīng)驗(yàn)豐富的科研人員，而且經(jīng)費(fèi)充足。中國(guó)這時(shí)別說(shuō)計(jì)算機(jī)研究，很多人連計(jì)算機(jī)是什么都沒(méi)搞清楚，更沒(méi)親眼見(jiàn)過(guò)，經(jīng)費(fèi)更是捉襟見(jiàn)肘。彼時(shí)，美國(guó)IBM公司在貝爾實(shí)驗(yàn)室的幫助下，成功研發(fā)出晶體管構(gòu)造的計(jì)算機(jī)RCA501型。

由于采用晶體管邏輯元件及快速磁芯存儲(chǔ)器，RCA501型計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度從每秒5000次提高到幾十萬(wàn)次，主存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)量也從幾千KB提高到十萬(wàn)KB以上，同時(shí)也出現(xiàn)了簡(jiǎn)單的采用高級(jí)語(yǔ)言及其編譯程序的操作系統(tǒng)。

國(guó)慶節(jié)期間，位于濱海新區(qū)的國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心機(jī)房里，一排排約2米高的黑色機(jī)柜整齊排列，綠色運(yùn)行指示燈快速閃爍，這是“天河”新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)所在地。

“新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)已實(shí)現(xiàn)一秒鐘內(nèi)百億億次的運(yùn)算，其工作1小時(shí)相當(dāng)于全球70多億人上萬(wàn)年的計(jì)算工作量，被稱為“最強(qiáng)大腦”。每天，超過(guò)15000項(xiàng)計(jì)算任務(wù)在這里執(zhí)行，其中有三分之二來(lái)自京津冀?！碧旖虺阒行狞h組書(shū)記兼應(yīng)用研發(fā)首席科學(xué)家孟祥飛說(shuō)，天津超算中心的超級(jí)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(guó)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“超級(jí)馬達(dá)”。

近期因疫情反撲，濱海新區(qū)大片區(qū)域?yàn)殪o態(tài)管理區(qū)。天津超算中心實(shí)施封閉管理，往日頻繁的線下業(yè)務(wù)交流活動(dòng)暫停，門庭冷清，但大樓里卻是另一番忙碌景象。因運(yùn)行保障和節(jié)日期間的升級(jí)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(cè)報(bào)告，逆行返回中心大樓，接受封閉管理，在這里度過(guò)了別樣的國(guó)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(wèn)題，意味著濱城會(huì)有成千上萬(wàn)人在寒冬中排隊(duì)等待。為保證核酸大篩系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，超算中心的同事吃住在中心，夜以繼日，不斷調(diào)整升級(jí)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(kāi)展。

這種熱鬧景象，出現(xiàn)在每一個(gè)節(jié)假日和尋常周末。在每一個(gè)千家萬(wàn)戶都圍桌慶祝的時(shí)候，超算中心總有一些工作人員24小時(shí)值守。因?yàn)樘旌映?jí)計(jì)算機(jī)上不僅運(yùn)行著客戶的計(jì)算任務(wù)，更承載著客戶的信任和依托。

作為功能最強(qiáng)、運(yùn)算速度最快、存儲(chǔ)容量最大的一類計(jì)算機(jī)，超級(jí)計(jì)算機(jī)承擔(dān)著普通計(jì)算機(jī)難以完成的計(jì)算任務(wù)，能夠“算天、算地、算人”。

超級(jí)計(jì)算機(jī)主要用于解決國(guó)計(jì)民生領(lǐng)域的尖端技術(shù)問(wèn)題，看似離人們很遠(yuǎn)，其實(shí)和每個(gè)人的生活緊密相關(guān)?，F(xiàn)在的天氣預(yù)報(bào)越來(lái)越精準(zhǔn)，還可以做到中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)，為人們生產(chǎn)生活提供指導(dǎo)，這其中便有超級(jí)計(jì)算機(jī)的功勞。在防災(zāi)減災(zāi)中，超級(jí)計(jì)算機(jī)能利用模擬仿真技術(shù)，對(duì)地震破壞進(jìn)行預(yù)測(cè)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(zhǔn)施策等也都離不開(kāi)超級(jí)計(jì)算機(jī)的支持。

天津超算中心基于自身優(yōu)勢(shì)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(diǎn)科研單位、企業(yè)和政府機(jī)構(gòu)提供技術(shù)服務(wù)，助力取得超過(guò)4000項(xiàng)創(chuàng)新成果，已經(jīng)累計(jì)為企業(yè)新增經(jīng)濟(jì)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(bào)與氣候預(yù)測(cè)等諸多領(lǐng)域。隨著國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化進(jìn)程加快，越來(lái)越多的企業(yè)對(duì)高性能計(jì)算、安全存儲(chǔ)、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(jì)算是繼理論與實(shí)驗(yàn)之后的第三種研究方法，通過(guò)計(jì)算機(jī)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(shí)驗(yàn)和探索。作為解決國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展、科學(xué)進(jìn)步、國(guó)家安全和國(guó)防建設(shè)等領(lǐng)域一系列重大挑戰(zhàn)性問(wèn)題的重要手段，超級(jí)計(jì)算現(xiàn)已成為世界各國(guó)特別是大國(guó)爭(zhēng)奪的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

國(guó)家超級(jí)計(jì)算長(zhǎng)沙中心主機(jī)系統(tǒng)升級(jí)項(xiàng)目由湖南省、長(zhǎng)沙市和岳麓山國(guó)家大學(xué)科技城共同出資，湖南大學(xué)負(fù)責(zé)建設(shè)。系統(tǒng)采用國(guó)防科技大學(xué)“天河”新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)，峰值計(jì)算性能每秒20億億次高精度浮點(diǎn)運(yùn)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力20,000,000GB、峰值功耗不高于8兆瓦，算力水平國(guó)際先進(jìn)、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。

自2014年運(yùn)營(yíng)以來(lái)，國(guó)家超級(jí)計(jì)算長(zhǎng)沙中心累計(jì)為40個(gè)領(lǐng)域2000余家用戶提供16億核時(shí)的高性能計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能等服務(wù)，在服務(wù)國(guó)家和地方科技創(chuàng)新、服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(xiàn)。

據(jù)了解，湖南數(shù)字經(jīng)濟(jì)已連續(xù)4年保持兩位數(shù)增長(zhǎng)，正成為推動(dòng)全省經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的新引擎。天河新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)主機(jī)系統(tǒng)順利落地建成并投入運(yùn)行，標(biāo)志著國(guó)家超級(jí)計(jì)算長(zhǎng)沙中心建設(shè)發(fā)展進(jìn)入了新階段，湖南省先進(jìn)計(jì)算創(chuàng)新能力和水平邁上了新臺(tái)階。

未來(lái)，國(guó)家超級(jí)計(jì)算長(zhǎng)沙中心將在構(gòu)建先進(jìn)計(jì)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(huì)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(xiàn)。