1983年12月22日，我國自主研制的銀河-I型巨型計算機，在湖南長沙的國防科技大學橫空出世。這是一臺有著圓弧形柱狀外型，高約2.2米、外徑2.3米的超級裝備，它以每秒超過1億次浮點運算的澎湃算力，開啟了中國超級計算機四十年的輝煌發(fā)展歷程。

中國第一臺每秒鐘運算一億次以上的“銀河”巨型計算機，由國防科技大學計算機研究所在長沙研制成功。（來源：新華社）

01受制于人的國家算力

巨型計算機通常也稱超級計算機，其運算速度和存儲容量超過普通計算機幾個數(shù)量級，可以快速完成其他計算機難以勝任的大規(guī)模復雜運算。從石油勘探、天氣預報，到發(fā)動機仿真、航天器測控，再到攸關(guān)國防安全的核試驗模擬……在一切需要密集運算和海量數(shù)據(jù)處理的科研領(lǐng)域，超級計算機都能發(fā)揮不可替代的作用。毫不夸張地說，超級計算機所代表的強大算力，構(gòu)成了一國科研乃至綜合國力的一部分。

上個世紀六、七十年代，美、日等國的超算技術(shù)發(fā)展迅猛。1976年，美國Cray-1成為世界第一臺億次超級計算機，隨即被用于美國新型核武器的研發(fā)運算。這一時期的中國，卻飽受缺乏高性能計算機之苦，科學研究、經(jīng)濟發(fā)展和國防建設(shè)受到算力不足的嚴重制約。寶貴的石油勘探數(shù)據(jù)不得不送到國外處理，費用高昂、耗時很長且容易泄密。好不容易從美國買來了超級計算機，中方專家卻無權(quán)進入控制室，所有運算必須請外方人員操作。

國家算力怎么能長久受制于人？1978年5月，中國國防科委召開巨型機方案論證和協(xié)作會議，決定用六年左右時間、兩億元左右經(jīng)費，研制一臺每秒運算1億次的巨型計算機。國防科技大學計算機研究所承接了光榮而艱巨的研制任務，計算機專家慈云桂出任總設(shè)計師和技術(shù)總指揮，開始了我國超級計算機從無到有的第一次跨越。

02?千錘百煉的大國重器

以決策會議的召開日期為代號，億次機的研發(fā)任務被命名為“785工程”。在幾個月的廣泛調(diào)研中，研制團隊獲得了美國Cray-1計算機的技術(shù)資料，認為其設(shè)計思想和體系結(jié)構(gòu)較為先進獨到。總設(shè)計師慈云桂借鑒Cray-1的先進結(jié)構(gòu)重新進行總體設(shè)計。最終，785型計算機采用了雙向量陣列體系結(jié)構(gòu)方案，力爭研制出既符合國情又緊跟國際主流的億次機。

從1978年5月工程啟動，到1983年12月通過國家鑒定， 785型計算機的研制工作經(jīng)歷了六個階段。從總體方案論證和工程準備、模型機研制，到主機生產(chǎn)、巨型機硬件系統(tǒng)調(diào)試，再到貫穿工程全過程的軟件系統(tǒng)研制和聯(lián)調(diào)，直至驗證工程成敗的試算和國家技術(shù)考核、鑒定，以慈云桂教授為代表的科研人員奮戰(zhàn)5年，只用了原計劃1/5的經(jīng)費就提前完成了研制任務，新生的785型計算機也有了一個響亮的名字：銀河-I。

為了驗證“785”工程目標是否完全實現(xiàn)，我國專家對首臺銀河-I型巨型計算機進行了極其嚴格的技術(shù)考核。1982年6月和9月，銀河-I先是接受了用戶單位的系統(tǒng)考核。1983年12月，國防科工委組織國家鑒定會議， 7個專家小組對銀河-I進行了更加全面的技術(shù)鑒定。面對一項項近乎苛刻的技術(shù)考核，銀河-I型巨型計算機表現(xiàn)出了令人驚喜的穩(wěn)定可靠：

（1）硬件系統(tǒng)設(shè)計合理、質(zhì)量精良，200多萬個焊點無一虛焊；

（2）多次測試結(jié)果表明，硬件向量運算速度達到每秒1億次以上；

（3）26道復雜的正確性運算考題，3遍計算的數(shù)字完全相同，結(jié)果的正確和精度完全符合要求；

（4）系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行150小時，遠超平均無故障時間24小時的設(shè)計要求……

1983年12月22日，銀河-I型巨型計算機順利通過國家鑒定，鑒定書確認“銀河計算機是中國自行研制的第一臺億次電子計算機系統(tǒng)。”千錘百煉的銀河-I型巨型計算機，讓中國打破了美、日等國的技術(shù)壟斷，一舉成為能夠研制億次超級計算機的少數(shù)國家之一。

03?永遠閃亮的“銀河”精神

研發(fā)成功之后，我國先后生產(chǎn)了三臺銀河-I型巨型計算機。一臺留在國防科技大學計算機研究所，服務于經(jīng)濟建設(shè)和國防應用；一臺遠赴河北涿縣石油部物探局研究院，為石油勘探的地震數(shù)據(jù)處理提供了強大算力；還有一臺成為四川綿陽西南計算中心主機，化身每年運行超過8000機時的超級“勞?！保瑸楣こ涛锢砜茖W計算、航空航天課題計算立下了汗馬功勞。

銀河-I巨型計算機的研制和應用，充分展現(xiàn)了超級計算機產(chǎn)業(yè)的巨大價值和廣闊前景。“胸懷祖國、團結(jié)協(xié)作、志在高峰、奮勇拼搏”的“銀河精神”，以及銀河-I型巨型計算機研制過程積累的技術(shù)和經(jīng)驗，更是成為中國計算機科研人員的強大動能，激勵他們?yōu)橼s超世界先進水平不懈奮斗。銀河-II型十億次巨型計算機及銀河-III型百億次巨型計算機，分別于1992年和1997年相繼研制成功。

“銀河-Ⅱ”巨型計算機（來源：論文截圖）

國防科技大學的“銀河”與“天河”系列，聯(lián)想集團的“深騰”系列，中科曙光的“曙光”系列，國家并行計算機工程技術(shù)研究中心的“神威”系列……二十世紀九十年代以來，中國超級計算機陣營日益壯大，新型國產(chǎn)超算不斷挑戰(zhàn)世界先進水平。

2010年11月，中國“天河一號”A超算，以開創(chuàng)性的CPU+GPU異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了峰值4700萬億次、持續(xù)2566萬億次的運算速度，成為全世界算得最快的超級計算機，使得中國超算歷史性地躍上了世界巔峰。

2009年10月29日，峰值性能為每秒1206萬億次的“天河一號”超級計算機由國防科技大學成功研制。我國成為世界第二個可研制千萬億次超級計算機的國家。圖為“天河一號”千萬億次超級計算機系統(tǒng)。 （來源：新華社）

正在對“天河一號”超級計算機進行系統(tǒng)性能測試的科研人員（來源：新華社）

2016至2017年，安裝了40960個國產(chǎn)處理器的神威·太湖之光，曾經(jīng)連續(xù)占據(jù)全球超算運算速度冠軍寶座兩年之久。

神威·太湖之光超級計算機（來源：新華社）

“神威·太湖之光”超級計算機的監(jiān)控面板（來源：新華社）

“神威·太湖之光”超級計算機的交換機網(wǎng)線（來源：新華社）

當今世界超算技術(shù)的競爭焦點，首推每秒運行一百億億次運算（ExaFLOPS）的E級超算。我國的“天河三號”和“神威·海洋之光”，都是E級超算桂冠的有力競爭者。

“天河三號”百億億次原型機（來源：新華社）

40年彈指一揮間，從銀河-I型巨型計算機艱難起步的中國，已經(jīng)成為世界超算技術(shù)領(lǐng)域的實力派?！般y河精神”也和“兩彈一星精神”一樣，成為中華民族共同的歷史記憶和精神財富。

作者：秦彧 計算機信息系統(tǒng)管理高級工程師、2017“十佳新銳科普創(chuàng)客”大賽文章類一等獎獲得者

出品：科普中國

監(jiān)制：中國科學技術(shù)出版社有限公司、中科數(shù)創(chuàng)（北京）數(shù)字傳媒有限公司

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