■科技資源 開(kāi)放共享

　　本報(bào)記者張 強(qiáng)特約記者王握文通訊員李 璇

　　“天河二號(hào)”究竟有多快？其峰值計(jì)算速度每秒5.49億億次、持續(xù)計(jì)算速度每秒3.39億億次雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算。假設(shè)每人每秒鐘進(jìn)行一次運(yùn)算，它運(yùn)算1小時(shí)，相當(dāng)于13億人同時(shí)用計(jì)算器計(jì)算一千年！

　　“天河二號(hào)”存儲(chǔ)容量又有多大？其內(nèi)存總?cè)萘?400萬(wàn)億字節(jié)，存儲(chǔ)總?cè)萘?2400萬(wàn)億字節(jié)，相當(dāng)于可存儲(chǔ)600億冊(cè)每?jī)?cè)10萬(wàn)字的圖書(shū)，如果以國(guó)家圖書(shū)館2500余萬(wàn)冊(cè)的藏書(shū)量為例，其存儲(chǔ)量相當(dāng)于2400個(gè)國(guó)圖！

　　這樣驚人的速度和存儲(chǔ)容量讓來(lái)自中國(guó)的“天河二號(hào)”兩年之內(nèi)，連續(xù)四度問(wèn)鼎世界速度之巔。從被認(rèn)為國(guó)際超算領(lǐng)域殺出的“一匹黑馬”，到如今“蟬聯(lián)榮耀”，每一項(xiàng)可喜成績(jī)的背后，都凝聚了“天河人”的超常勇氣與辛勤付出。

　　披荊斬棘，緊盯第一再超越

　　這是一場(chǎng)只有起點(diǎn)沒(méi)有終點(diǎn)的沖刺，要想在國(guó)際超算領(lǐng)域的“群雄逐鹿”中突出重圍，面對(duì)的不僅僅是近乎殘酷的激烈比拼，更有接連不斷的超越與被超越。

　　2010年11月17日，中國(guó)“天河一號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)首次摘得國(guó)際超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜桂冠的喜悅。時(shí)隔僅僅8個(gè)月，日本一臺(tái)名為“京”的超級(jí)計(jì)算機(jī)就將“天河一號(hào)”擠下冠軍臺(tái)。之后，美國(guó)研制的“紅杉”“泰坦”先后坐上世界第一的交椅，“天河一號(hào)”排名滑落至第8名。

　　中國(guó)超算難道僅僅就是曇花一現(xiàn)？失去冠軍的“天河”又該何去何從？面對(duì)各行各界的紛紛質(zhì)疑，“天河人”認(rèn)真總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)，深入分析既有優(yōu)勢(shì)和存在不足，對(duì)國(guó)際超算發(fā)展做出了“三個(gè)沒(méi)有改變”的判斷，即：西方在信息技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)地位沒(méi)有改變，美國(guó)在超級(jí)計(jì)算領(lǐng)域的主導(dǎo)地位沒(méi)有改變，世界強(qiáng)國(guó)爭(zhēng)奪超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)先地位的態(tài)勢(shì)沒(méi)有改變。

　　事實(shí)上，從“天河一號(hào)”問(wèn)世那天起，“天河二號(hào)”的攻關(guān)就打響了。

　　不斷探索、不斷研制，不斷發(fā)展、不斷超越，為了締造“中國(guó)速度”的再度輝煌，“天河”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)著眼國(guó)際高性能計(jì)算發(fā)展趨勢(shì)，成立多個(gè)課題小組，組織精干的技術(shù)力量，瞄準(zhǔn)億億次級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)展開(kāi)新的攻關(guān)。

　　在先期技術(shù)攻關(guān)基礎(chǔ)上，2011年12月，他們申報(bào)的國(guó)家科技部“十二五”863計(jì)劃“高效能計(jì)算機(jī)研制”重大項(xiàng)目，順利通過(guò)立項(xiàng)評(píng)審。

　　與此同時(shí)，國(guó)防科技大學(xué)積極與廣東省、廣州市、中山大學(xué)簽署合作協(xié)議，通過(guò)軍民融合式發(fā)展，共建廣州超級(jí)計(jì)算中心，并于2012年5月，實(shí)現(xiàn)了廣州超級(jí)計(jì)算中心在中山大學(xué)的正式揭牌，由國(guó)防科技大學(xué)提供的一套340萬(wàn)億次的天河先導(dǎo)系統(tǒng)隨即開(kāi)通，投入應(yīng)用。

　　狹路相逢勇者勝。在“天河人”廢寢忘食的努力下，“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)相繼突破了一系列核心關(guān)鍵技術(shù)，并在2013—2014兩年間，在連續(xù)四屆的世界超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜的評(píng)選中，以其大幅領(lǐng)先的運(yùn)算速度、品質(zhì)優(yōu)越的綜合性能，成功擊敗國(guó)際超級(jí)計(jì)算機(jī)研發(fā)領(lǐng)域的“各路諸侯”，創(chuàng)造了世界超算之巔的“四連冠”！

　　自主創(chuàng)新，瞄準(zhǔn)前沿求突破

　　“天河二號(hào)”工程副總指揮李楠研究員告訴記者，“天河二號(hào)”具有五大特點(diǎn)：一是高性能，峰值速度和持續(xù)速度都創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。二是低能耗，能效比為每瓦特19億次，達(dá)到了世界先進(jìn)水平。三是應(yīng)用廣，主打科學(xué)工程計(jì)算，兼顧了云計(jì)算。四是易使用，創(chuàng)新發(fā)展了異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)，提高了軟件兼容性和易編程性。五是性?xún)r(jià)比高。

　　與此同時(shí)，“天河二號(hào)”的多項(xiàng)自主關(guān)鍵技術(shù)令世界矚目：高速互連系統(tǒng)性能是當(dāng)前國(guó)際商用互連系統(tǒng)的兩倍，綜合化能耗控制機(jī)制實(shí)現(xiàn)了國(guó)際先進(jìn)的能效比，“飛騰-1500”CPU構(gòu)建出高安全高吞吐率的服務(wù)陣列，高密度高精度組裝結(jié)構(gòu)使得這臺(tái)系統(tǒng)的占地面積與“天河一號(hào)”相當(dāng)，性能卻提升了11.6倍……

　　高性能、高能效從何而來(lái)？“天河二號(hào)”工程總指揮、總設(shè)計(jì)師廖湘科研究員說(shuō)：“這一切都源于瞄準(zhǔn)國(guó)際前沿的自主創(chuàng)新，是自主創(chuàng)新推動(dòng)了中國(guó)超算的跨越式發(fā)展?！?/p>

　　“天河一號(hào)”采用的“CPU+GPU異構(gòu)融合體系”，就是一條不同于此前任何系統(tǒng)的技術(shù)路線(xiàn)。幾年來(lái)，因其低能耗、低成本、高集成度等優(yōu)點(diǎn)，這種結(jié)構(gòu)成為國(guó)際主流。在此基礎(chǔ)上，科研人員邁出大膽創(chuàng)新的又一步，為“天河二號(hào)”設(shè)計(jì)出“新型異構(gòu)多態(tài)體系結(jié)構(gòu)”，實(shí)現(xiàn)了微異構(gòu)計(jì)算陣列和新型并行編程模型和框架，提升了應(yīng)用軟件的兼容性、適用性和易用性，不僅大幅提高了系統(tǒng)計(jì)算速度，還將其應(yīng)用從科學(xué)計(jì)算拓展至大數(shù)據(jù)處理、大規(guī)模信息服務(wù)等多個(gè)領(lǐng)域。美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)科學(xué)家甚至預(yù)言，“天河”必將再次引領(lǐng)世界超算結(jié)構(gòu)的發(fā)展潮流。

　　研制過(guò)程中，科研人員還在國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)支持下，自主研制出當(dāng)前國(guó)內(nèi)主頻最高的新一代高性能通用“飛騰-1500”CPU?！疤旌佣?hào)”的服務(wù)陣列就是基于“飛騰-1500”CPU構(gòu)建的，用于支撐高吞吐率和高安全的信息服務(wù)類(lèi)應(yīng)用。

　　此外，“天河二號(hào)”通過(guò)采用綜合化的能耗控制，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了面向高效能計(jì)算的層次式優(yōu)化框架、自適應(yīng)能耗控制算法及低損耗、高效率的電源設(shè)計(jì)，有效提高了系統(tǒng)的能效比，達(dá)到了世界先進(jìn)水平?！疤旌佣?hào)”還在高速互連、新型層次式加速存儲(chǔ)架構(gòu)、容錯(cuò)設(shè)計(jì)與故障管理、綜合化能效控制、高密度高精度結(jié)構(gòu)工藝等方面也取得了一系列創(chuàng)新和突破。

　　 整合資源，群策群力齊攻關(guān)

　　面向大科學(xué)、大工程應(yīng)用的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，研制過(guò)程本身也是一個(gè)大工程。國(guó)防科技大學(xué)整合優(yōu)勢(shì)科研資源，高性能計(jì)算、高性能微處理器技術(shù)、基礎(chǔ)軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)4個(gè)團(tuán)隊(duì)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，合力打造了“天河二號(hào)”的軟硬件系統(tǒng)。

　　2013年6月，“天河二號(hào)”以其峰值計(jì)算速度每秒5.49億億次、持續(xù)計(jì)算速度每秒3.39億億次的優(yōu)越性能，繼2010年“天河一號(hào)”首度奪冠后再次問(wèn)鼎。然而，“天河”團(tuán)隊(duì)并沒(méi)有因此停下腳步，隨即又馬不停蹄地投入到更深層次的科研攻關(guān)中。

　　據(jù)“天河二號(hào)”主任設(shè)計(jì)師盧宇彤介紹，僅僅是為了將網(wǎng)絡(luò)互連軟件性能參數(shù)調(diào)整到適應(yīng)硬件的最佳狀態(tài)，科研人員們就在3個(gè)月的時(shí)間里進(jìn)行了上億次測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

　　“周周5加2，天天白加黑”，成為“天河人”的工作常態(tài)。為了不斷提高GPU的計(jì)算效率，“天河二號(hào)”主任設(shè)計(jì)師楊燦群研究員和課題組成員把自己封閉起來(lái)，開(kāi)始長(zhǎng)達(dá)4個(gè)月的攻關(guān)，平均每天要進(jìn)行上百次的實(shí)驗(yàn)，“早上一起床就開(kāi)始干，一干就是一整天，晚上睡覺(jué)一閉上眼睛，屏幕上的數(shù)據(jù)還在腦海里滾動(dòng)。”在經(jīng)過(guò)了8萬(wàn)多次實(shí)驗(yàn)與性能優(yōu)化后，他們終于發(fā)現(xiàn)了GPU的內(nèi)在規(guī)律，找到了提高計(jì)算效率的突破口，使GPU的計(jì)算效率達(dá)到了70%，創(chuàng)造了又一個(gè)世界的奇跡。

　　那些日子里，一名主任設(shè)計(jì)師的女兒6月份參加高考，可她卻為了“天河二號(hào)”，沒(méi)有更多時(shí)間來(lái)照顧女兒。她給女兒發(fā)的一條短信寫(xiě)道：孩子，媽媽干的是國(guó)家的大工程，也像你準(zhǔn)備高考一樣到了沖刺的階段，讓我們一起完美沖過(guò)終點(diǎn)線(xiàn)吧。

　　“我們團(tuán)隊(duì)的每個(gè)人都有強(qiáng)烈的協(xié)作意識(shí)，都是系統(tǒng)中不可或缺的‘元器件’?！薄疤旌佣?hào)”副總質(zhì)量師胡慶豐說(shuō)，每當(dāng)遇到技術(shù)瓶頸時(shí)，“天河”團(tuán)隊(duì)總是群策群力，集智攻關(guān)，以致于很多設(shè)計(jì)思想、創(chuàng)新點(diǎn)子說(shuō)不清到底該屬于誰(shuí)。成果即便獲獎(jiǎng)，也只能署少數(shù)人的名字，但大家面對(duì)榮譽(yù)得失，總是胸懷坦蕩：“能參與這樣大的國(guó)家工程，我們感到無(wú)比自豪。”

　　不知從什么時(shí)候開(kāi)始，“銀河”系列巨型機(jī)研制過(guò)程中形成的“胸懷祖國(guó)、團(tuán)結(jié)協(xié)作、志在高峰、奮勇拼搏”的“銀河精神”就成為“天河人”永遠(yuǎn)堅(jiān)守的精神高地。把五星紅旗插上世界超算之巔，這就是“天河人”始終追逐的中國(guó)超算夢(mèng)！