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(cháng)沙的國防科技大學(xué)橫空出世。這是一臺有著(zhù)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(guò)1億次浮點(diǎn)運算的澎湃算力，開(kāi)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(xué)計算機研究所在長(cháng)沙研制成功。（來(lái)源：新華社）

01受制于人的國家算力

巨型計算機通常也稱(chēng)超級計算機，其運算速度和存儲容量超過(guò)普通計算機幾個(gè)數量級，可以快速完成其他計算機難以勝任的大規模復雜運算。從石油勘探、天氣預報，到發(fā)動(dòng)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據處理的科研領(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(shuō)，超級計算機所代表的強大算力，構成了一國科研乃至綜合國力的一部分。

上個(gè)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(shí)期的中國，卻飽受缺乏高性能計算機之苦，科學(xué)研究、經(jīng)濟發(fā)展和國防建設受到算力不足的嚴重制約。寶貴的石油勘探數據不得不送到國外處理，費用高昂、耗時(shí)很長(cháng)且容易泄密。好不容易從美國買(mǎi)來(lái)了超級計算機，中方專(zhuān)家卻無(wú)權進(jìn)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(cháng)久受制于人？1978年5月，中國國防科委召開(kāi)巨型機方案論證和協(xié)作會(huì )議，決定用六年左右時(shí)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(xué)計算機研究所承接了光榮而艱巨的研制任務(wù)，計算機專(zhuān)家慈云桂出任總設計師和技術(shù)總指揮，開(kāi)始了我國超級計算機從無(wú)到有的第一次跨越。

02?千錘百煉的大國重器

以決策會(huì )議的召開(kāi)日期為代號，億次機的研發(fā)任務(wù)被命名為“785工程”。在幾個(gè)月的廣泛調研中，研制團隊獲得了美國Cray-1計算機的技術(shù)資料，認為其設計思想和體系結構較為先進(jìn)獨到?？傇O計師慈云桂借鑒Cray-1的先進(jìn)結構重新進(jìn)行總體設計。最終，785型計算機采用了雙向量陣列體系結構方案，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(dòng)，到1983年12月通過(guò)國家鑒定， 785型計算機的研制工作經(jīng)歷了六個(gè)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)、巨型機硬件系統調試，再到貫穿工程全過(guò)程的軟件系統研制和聯(lián)調，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5年，只用了原計劃1/5的經(jīng)費就提前完成了研制任務(wù)，新生的785型計算機也有了一個(gè)響亮的名字：銀河-I。

為了驗證“785”工程目標是否完全實(shí)現，我國專(zhuān)家對首臺銀河-I型巨型計算機進(jìn)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(hù)單位的系統考核。1983年12月，國防科工委組織國家鑒定會(huì )議， 7個(gè)專(zhuān)家小組對銀河-I進(jìn)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型巨型計算機表現出了令人驚喜的穩定可靠：

（1）硬件系統設計合理、質(zhì)量精良，200多萬(wàn)個(gè)焊點(diǎn)無(wú)一虛焊；

（2）多次測試結果表明，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遍計算的數字完全相同，結果的正確和精度完全符合要求；

（4）系統連續穩定運行150小時(shí)，遠超平均無(wú)故障時(shí)間24小時(shí)的設計要求……

1983年12月22日，銀河-I型巨型計算機順利通過(guò)國家鑒定，鑒定書(shū)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。”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(xué)計算機研究所，服務(wù)于經(jīng)濟建設和國防應用；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據處理提供了強大算力；還有一臺成為四川綿陽(yáng)西南計算中心主機，化身每年運行超過(guò)8000機時(shí)的超級“勞?！?，為工程物理科學(xué)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，充分展現了超級計算機產(chǎn)業(yè)的巨大價(jià)值和廣闊前景?！靶貞炎鎳?、團結協(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(guò)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(dòng)能，激勵他們?yōu)橼s超世界先進(jìn)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(lái)源：論文截圖）

國防科技大學(xué)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(lái)，中國超級計算機陣營(yíng)日益壯大，新型國產(chǎn)超算不斷挑戰世界先進(jìn)水平。

2010年11月，中國“天河一號”A超算，以開(kāi)創(chuàng )性的CPU+GPU異構融合體系結構，實(shí)現了峰值4700萬(wàn)億次、持續2566萬(wàn)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(wàn)億次的“天河一號”超級計算機由國防科技大學(xué)成功研制。我國成為世界第二個(gè)可研制千萬(wàn)億次超級計算機的國家。圖為“天河一號”千萬(wàn)億次超級計算機系統。 （來(lái)源：新華社）

正在對“天河一號”超級計算機進(jìn)行系統性能測試的科研人員（來(lái)源：新華社）

2016至2017年，安裝了40960個(gè)國產(chǎn)處理器的神威·太湖之光，曾經(jīng)連續占據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(lái)源：新華社）

“神威·太湖之光”超級計算機的監控面板（來(lái)源：新華社）

“神威·太湖之光”超級計算機的交換機網(wǎng)線(xiàn)（來(lái)源：新華社）

當今世界超算技術(shù)的競爭焦點(diǎn)，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(lái)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(shí)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 計算機信息系統管理高級工程師、2017“十佳新銳科普創(chuàng )客”大賽文章類(lèi)一等獎獲得者

出品：科普中國

監制：中國科學(xué)技術(shù)出版社有限公司、中科數創(chuàng )（北京）數字傳媒有限公司

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