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| “天河一号”：自主创新跃居世界榜首 |
| ——来自国防科学技术大学计算机学院的自主创新报告 |
□ 王握文 陈明
当地时间11月16日下午，美国新奥尔良市。在超级计算机2010国际会议上，国际超级计算机TOP500组织正式发布第36届世界超级计算机500强排行榜，国防科学技术大学研制的“天河一号”超级计算机，以峰值速度4700万亿次、持续速度2566万亿次每秒浮点运算的优异性能一举夺得世界冠军。
中国，这个有着“算盘王国”之称的国度，因为“天河一号”神奇的运算速度，首次站到了国际超级计算机世界之巅。这是我国在世界高技术领域取得的一个标志性重大突破，它标志着中国自主研制超级计算机综合技术水平进入世界领先行列。
从“零”的突破到跃居世界第一：自主创新攀登世界科技高峰
当国家超级计算天津中心主任刘光明研究员从美国田纳西大学杰克·唐加拉教授手中接过世界第一证书时，现场的记者将镜头一齐对准他，记录下了这一历史性时刻。
历史性的突破来之不易。这一刻的荣耀，该校科研人员在高性能计算领域整整为之奋斗了32年。
1983年11月，我国首台命名为“银河”的亿次巨型计算机在国防科学技术大学研制成功，中国从此成为继美、日之后，能独立设计和制造巨型机的国家。
此后，他们依靠自主创新，相继研制出“银河—Ⅱ”、“银河—III”等一系列巨型机，一步步将我国高性能计算机研制技术推向国际前沿。
2007年盛夏，第34届“国际计算机体系结构年会”在大洋彼岸的美国圣地亚哥召开，“天河一号”总设计师杨学军教授当时的一篇题为《64位流处理器体系结构研究》的论文，引起与会者的高度关注，他们从中看到了突破更高性能计算机的希望——采用“异构协同计算技术”来设计千万亿次超级计算机系统。
去年9月，“天河一号”一期系统——我国首台千万亿次超级计算机系统研制成功，令国际高性能计算同行专家感到震惊。美国斯坦福大学计算机系主任比尔·戴利教授说：“中国的天河计算机采取的CPU与GPU融合的结构，代表了未来高性能计算机的发展趋势。随着计算机规模的不断拓展，这种结构虽然不是唯一的解决方法，但目前看来是最好的。”
去年11月，国际超级计算机TOP500组织发布世界超级计算机500强排行榜，该系统位居亚洲第一、世界第五。对此，该组织创史人德国曼海姆大学汉斯·摩尔教授用“令人惊奇”作出了他的评价。
“一期系统研制成功，证明我们设计的新型体系结构达到了预期效果，而且还有进一步拓展提高的空间。我们迅速组织力量开展技术升级与综合优化，着手扩建二期系统。”“天河一号”常务副总设计师、国防科学技术大学计算机学院院长廖湘科教授说。
从中国制造到中国创造：自主创新为“天河一号”打上中国符号
走进位于天津市滨海新区的国家超级计算天津中心，由140个机柜组成的“天河一号”，排列成十三行，犹如列队受阅的方队，气势如虹。
“天河一号”工程办公室主任李楠研究员介绍：“天河一号”运算1小时，相当于全国13亿人同时计算340年；运算1天，相当于1台双核的高档桌面电脑运算620年；总的存储容量能够容纳1000万亿个汉字，相当于一个存储10亿册100万字书籍的巨大图书馆。
“‘天河一号’从一期系统升级为二期系统，决不是简单的规模扩张，而是实现了一系列。重大技术提升和综合优化。”李楠介绍说，“在升级后的系统中，采用了我们自主研制的高速互连芯片，芯片性能是目前国际最佳商用产品的两倍以上，使得CPU之间的通信速度得到大幅提升；中央处理器也首次部分采用了我们自主研制的‘飞腾－1000’芯片。”
早在1999年，国防科大就前瞻布局微电子学科和微处理器技术研究。2004年，该校成立了全军唯一的微电子与微处理器研究所，专门从事超级计算机配套芯片、嵌入式芯片和微处理器的研制生产。在“天河一号”研制过程中，为了攻克核心关键技术，科研人员把自己封闭起来潜心攻关，硬是凭着一种“不破楼兰终不还”的决心和勇气，突破了多核多线程系统架构技术，自主研制了64位8核“飞腾1000”通用CPU；解决了超级计算机CPU间高速高效互联通信的世界难题，研制成功高阶互连交换芯片、高性能互连接口芯片。此外，科研人员还研制成功4类节点机、2套网络、15种印制电路板，以及操作系统、编译系统、并行程序开发环境与科学计算可视化系统。从而在异构融合体系结构、基于高阶路由的高速互联通信等方面达到了国际领先水平。
从研制成功到成果推广应用:军民融合创造“中国速度”
当又一个金色秋天迎来之时，经过重大技术升级与综合优化的“天河一号”，犹如出水芙蓉般地矗立在国家超级计算天津中心。
随着“天河一号”的投入使用，标志着我国拥有了首个具有数千万亿次计算能力的国家超算中心，该中心成为世界上少数几个拥有数千万亿次计算机的科研和公共服务机构之一。
“‘天河一号’之所以能在较短时间内研制成功，又能在一年的时间里完成技术升级并投入使用，这是走军民融合式自主创新道路带来的高速度与高效益。”国防科学技术大学计算机学院政委刘学民说。
去年5月，国家科技部批准成立国家超级计算天津中心。一个月后，双方正式签署共建国家超级计算天津中心合作协议，天津滨海新区为千万亿次超级计算机系统研制提供配套资金支持，之后，他们又投资专项经费用于超算中心建设与推广应用。
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。
今年9月12日，国务院总理温家宝来到国家超级计算天津中心考察，对“天河一号”给予了高度评价，并指示要进一步加强应用研发，使“天河一号”在国民经济发展中发挥更大的作用。
国家超级计算天津中心建成投入使用，为我国解决经济、科技等领域一系列重大挑战性问题提供了重要手段，同时可带动天津滨海新区高科技服务产业发展和高端信息产业发展，对提升综合国力具有重要战略意义。
《科学时报》 (2010-11-23 B3 综合)