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從模仿到逆襲 中國超算70年發展簡史

鐵流 · 2019-10-02 · 來源:鐵君
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  老文章發表于2016年,首發新華社瞭望智庫。

  略作修改后重發,因為被盜版,所以用文字圖片規避微信給盜版者的原創保護。

  

  

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  (夏培肅院士)

  1960年,夏培肅院士帶隊設計的107計算機研制成功,并被安裝在北京玉泉路中國科學技術大學。107計算機是一臺小型的串聯通用電子管數字計算機,是新中國第一臺自主設計的計算機,標志著中國的計算機從模仿到自主設計的跨越!中科大以107計算機為基礎,編寫了《計算機原理》和《程序設計講義》,作為該校計算機專業、力學系、自動化系、地球物理系的教材。107計算機除了為教學服務外,還服務于潮汐預報、彈道計算、核物理、力學、微波等領域。

  

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  (107計算機)

  

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  在解決晶體管制造難題后,哈軍工(慈云桂主持設計)成功研制出新中國第一臺全晶體管計算機441B-I于1964年誕生,相對于美國于第一臺全晶體管計算機RCA501晚了6年。441B系列計算機是我國第一臺具有分時操作系統和匯編語言、FORTRAN語言及標準程序庫的計算機。在天津電子儀器廠共生產了100余臺,主要用于軍工、科研、氣象、油田勘探等,該機最大特點就是高可靠性和高可維性——1966年,北京舉辦計算機展覽,恰逢邢臺大地震,441B計算機是唯一不受地震影響,穩定運行的計算機。該系列機型平均使用15年以上。

  

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  1964年,吳幾康成功研制119計算機,該計算機運算能力為每秒5萬次,運算能力略強于美國于1958年制造的IBM 709計算機,IBM 709計算機的運算能力為每秒4.2萬次。1965年,109計算機研制成功,該機由2萬多支晶體管,3萬多支二極管組成,穩定運行15年。109和119計算機在我國研制氫彈的歷程中立下汗馬功勞,被譽為研制氫彈“功勛機”。

  

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  1965年,中國自主研制的第一塊集成電路在上海誕生,只比美國晚了5年進入集成電路時代。1972年,自主研制的大規模集成電路在四川永川半導體研究所誕生,實現了從中小集成電路發展到大規模集成電路的跨越。美國從中小規模集成電路發展到中大規模集成電路,用了8年時間(1960年到1968年)。而我們的前輩,在被美蘇同時封鎖扼殺之時,只用了7年就完成了從中小規模集成電路發展到中大規模集成電路的跨越(從1965年到1972年),他們的奉獻和犧牲值得后輩銘記!

  

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  在這個時期,雖然西方技術突飛猛進,但中國在局部領域也追平西方,比如上海無線電十四廠于1975年成功開發出的1024位移位存儲器,就基本達到國外同期水平;1979年研制的HDS—9計算機每秒運算500萬次,是美國1972年的IBM 370-168計算機運算能力的兩倍;中科院上海冶金所還獨立發展了制造集成電路所需要的離子注入機,并出口到日本......截至70年代末,中國科研人員和產業工人發揚自力更生、自強不息的精神,建成了中國自己的半導體工業,掌握了從單晶制備、設備制造、集成電路制造的全過程技術。

  

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  玻璃房子的恥辱

  在中國喪失獨立自主研發制造計算機的能力后,美國政府嚴格限制對中國出口高性能計算機。在當時,高性能計算的應用涉及的基本是堪稱國家“命脈”的領域,如國防軍工、油氣勘探、水電利用等。由于中國當時還沒有自主研發的高性能計算機,所需要的計算機只能依靠進口,價格昂貴,維修管理困難。在1994年,中國進口計算機就花掉近20億美元,維護費用動輒千萬。

  原石油工業部物探局曾花費巨資購買了一臺國外的大型機,后期集成與維護的費用對方公司竟開出百億以上的天價。不僅如此,對方還提出了一個讓中國IT人銘記了十幾年的屈辱條件——在設備使用過程中,為防止機器核心技術外泄,設備機房采用全透明的玻璃墻壁,中國使用人員的一舉一動都在外國人的時刻監控下,甚至連高性能計算機的啟動密碼和機房鑰匙都要由外國人控制!于是在中國的土地上,有了“中國人不得入內”的玻璃房子——在將列強趕走40年后,中國的土地“中國人不得入內”又以這種形式重新上演了。

  為了徹底拆除“玻璃房子”,研發出完全擁有自主知識產權的國產高性能計算機,以曙光公司為代表的中國民族IT產業在走上了一條異常艱苦的自主突圍之路。

  90年代初,為了徹底打破國外對高性能計算機的壟斷,國家派出一支年輕精干的科研小分隊,遠赴美國硅谷去搞曙光一號的研究。當時的科學計算所所長李國杰在黑板上寫下了“人生能有幾回搏”七個大字,斬釘截鐵的對幾個年輕人說:“派你們去,就相信你們一定能把機器給造出來!” 在每天工作十五、六個小時,長達11個月的封閉式研究后,科研小分隊成功設計出曙光一號核心部分。

  

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  (李國杰院士)

  在曙光一號的研發過程中,一些國外公司和國內買辦對曙光一號研究小組的領頭人李國杰院士說,“把錢給我,我給你造出來不就完了”。但李國杰院士堅持認為,高性能計算的核心技術必須掌握在中國人手中,這是一絲一毫都不能讓步的,不僅要做整機研制,包括存儲器在內的配件都要自己做。

  1993年,中國一臺高性能計算機曙光一號并行機終于研制成功。曙光一號的戰略效應可以說是立竿見影:就在這臺高性能計算機誕生的第三天,美國便宣布解除10億次計算機對中國的禁運!成功打破了國外IT巨頭對我國信息技術的壟斷,推動信息產業走上了自主發展的道路。

  中國超算逆襲

  在堅定了自主發展超算的決心,并將決心付諸于實踐后,中國超算捷報頻傳:

  1995年,在只有十余名研究員,500萬元經費的情況下,成功研發出曙光1000大規模并行計算機。曙光1000在整體技術上居中國之首,并達到了20世紀90年代前期的國際先進水平,其運行速度的峰值達到了每秒25億次,在當時我國大規模科學工程計算中發揮了重大作用。曙光1000也榮獲了1996年中國科學院科技進步特等獎和1997年國家科學技術進步一等獎。

  1998年,曙光2000問世,總體水平達到了90 年代同期國際先進水平,有些方面如機群操作系統、集成化并行編程環境和服務器聚集軟件等已處于國際領先水平。2001年,曙光3000誕生,標志著我國超算產品正在走向成熟,能兼顧大規模科學計算、事物處理和網絡信息服務,已然是國民經濟信息化建設的重大裝備。2004年,曙光公司研發出4000A,成為國內首臺每秒運算超過10萬億次的超級計算機,并代表中國首次進入全球超級計算機TOP 500排行榜,位列第十位。

  2008年,曙光5000降生,曙光5000的系統峰值運算速度達到每秒230萬億次浮點運算,使中國成為繼美國之后第二個能制造和應用超百萬億次商用高性能計算機的國家,也表明我國生產、應用、維護高性能計算機的能力達到世界先進水平。

  2009年,作為第一臺國產千萬億次超級計算機天河一號在湖南長沙亮相。天河一號超級計算機性能為每秒1206萬億次的峰值速度,Linpack實測性能為每秒563.1萬億次,強勁的性能使天河一號位列中國超級計算機前100強之首,也使中國成為繼美國之后世界上第二個能夠自主研制千萬億次超級計算機的國家。2010年,國防科大對天河1號進行了升級,使天河1A的實測運算能力從天河1號的每秒563.1萬億次,提升至2507萬億次,成為當時世界上最快的超級計算機。

  2010年,曙光6000問世,曙光6000以實測每秒達1271萬億次的Linpack峰值速度,在2010年第35屆全球超級計算機500強排名中名列第二。

  2012年,神威藍光超級計算機投入使用。該超算使用了8704片申威1600,搭載神威睿思操作系統,雖然超算絕對性能并不高,但卻是中國在“市場換技術”之后,首次實現了超算CPU和操作系統的全部國產化。神威藍光超算峰值計算性能為每秒一千萬億次,持續性能為每秒796萬億次,性能功耗比超過741MFlops/W(百萬次浮點運算/秒•瓦),LINPACK效率為74%。神威藍光超算有兩大特點,一是全部使用申威1600芯片,搭載神威睿思操作系統,實現操作系統和CPU全部國產化。二是性能功耗比高。神威藍光超算性能功耗比超過741MFlops/W,天河1號超算性能功耗比431.7 MFlops/ W。

  

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  2013年,國防科大成功研制出天河2號,其高達55PFlops的性能使其傲視群雄,六度蟬聯TOP500排行榜首位。雖然在計算節點上使用的是美國Intel的CPU,但天河2號也使用了4096片飛騰1500,用于高速互聯網絡系統。

  一直以來,別有用心之徒用天河2號使用美國CPU而認為其不具備技術含量,其實超算系統可以分為軟件系統和硬件系統兩部分。而超級計算機硬件系統主要由高速運算系統、高速互連通信網絡系統、存儲系統(I/O 管理結點和 I/O 存儲結點)、維護監控系統、電源系統、冷卻系統和結構組裝設計等部分組成。CPU僅僅是其中的一部分,并不是超算硬件系統的全部,某些人以天河2號使用美國CPU而認為其不具備技術含量的說法是荒謬而可笑的。

  如果說天河2號、曙光6000、天河1號等超算使用了國外CPU是白璧微瑕。那么,2016年的神威太湖之光則實現了從CPU、操作系統等核心軟硬件的全面國產化——其CPU申威26010由260個核心構成,雙精浮點峰值高達3TFlops,完全追平了Intel最好的超算芯片。得益于申威26010強勁的性能和良好的體系結構設計,新超算的雙精浮點峰值高達100PFlops。

  

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  誠然,如果神威太湖之光超算已經被兩臺美國新超算超越。而且川普對神威、曙光、天河三大超算的研發單位都進行了制裁。

  數月前,神威和天河E級超算原型機都已經完成研制工作。中美兩國將在E級超算上開展新的競賽,祝愿中國超算能夠力拔頭籌。

  

聲明:文章僅代表作者個人觀點,不代表本站觀點——烏有之鄉 責任編輯:青松嶺

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