2月10日，國家超算天津中心工作人員在維護(hù)“天河一號”。新華社記者岳月偉攝

新華社天津２月１５日電　題：坐地遙看一“天河”——我國科學(xué)家自主打造世界上應(yīng)用最廣超級計(jì)算機(jī)“天河一號”側(cè)記

新華社記者楊維成、李靖、毛振華

“坐地日行八萬里，巡天遙看一千河。”作為我國首臺千萬億次超級計(jì)算機(jī)，“天河一號”在問鼎世界超算之最后并沒有停下腳步，將產(chǎn)學(xué)研結(jié)合樹立為新方向，成為多個(gè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的核心競爭力。

如今，依托“天河一號”班底，新一代國產(chǎn)百億億次超算“天河三號”的研制已經(jīng)啟航。

“無限風(fēng)光在險(xiǎn)峰”：自主創(chuàng)新問鼎世界高峰

新春伊始，記者走進(jìn)位于天津開發(fā)區(qū)泰達(dá)服務(wù)外包園內(nèi)的“天河一號”機(jī)房，１４０余個(gè)黑色的計(jì)算機(jī)柜整齊排列，發(fā)出低沉的“嗡嗡”運(yùn)轉(zhuǎn)聲。就是在這看似普通的機(jī)房里，曾經(jīng)成就了中國超算首次問鼎世界超算桂冠的榮耀，凝聚著幾代“超算人”的心血與汗水。

國家超算天津中心主任劉光明說，作為世界上曾經(jīng)運(yùn)算速度最快的超級計(jì)算機(jī)，“天河一號”最突出的特點(diǎn)在于其超強(qiáng)的運(yùn)算能力，持續(xù)速度每秒２５７０萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算、峰值速度４７００萬億次。“天河一號”運(yùn)算１小時(shí)，相當(dāng)于全國１３億人同時(shí)計(jì)算３４０年以上。更難能可貴的是，它在諸多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了創(chuàng)新突破，叫響了“中國創(chuàng)造”的品牌。

“天河一號”在國內(nèi)首次創(chuàng)新性地采用了異構(gòu)體系架構(gòu)。劉光明介紹，在最近的世界超算ＴＯＰ５００榜單上，世界上最快的超算中有近半采用該技術(shù)，這是中國科學(xué)家對世界超算技術(shù)的重要貢獻(xiàn)，引領(lǐng)了超算技術(shù)的潮流。

由中國自主研制的超算高速互聯(lián)通信系統(tǒng)也是其優(yōu)勢所在。劉光明介紹，“天河一號”內(nèi)數(shù)萬個(gè)ＣＰＵ和ＧＰＵ通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息交換，相當(dāng)于編織起了龐大、高效的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)的通信能力是當(dāng)時(shí)美國主流商業(yè)芯片的兩倍。

還有兩項(xiàng)創(chuàng)新分別來自硬件和軟件領(lǐng)域，即配備了自主研制的飛騰ＣＰＵ芯片及麒麟操作系統(tǒng)，兩項(xiàng)創(chuàng)新均出自國防科技大學(xué)。

國家超算天津中心應(yīng)用研發(fā)部部長孟祥飛說，“天河一號”上配置的部分飛騰ＣＰＵ已經(jīng)證明了其性能，升級版飛騰ＣＰＵ目前又運(yùn)用到了“天河二號”中，助力其運(yùn)算速度再次榮膺世界桂冠。麒麟操作系統(tǒng)是目前中國國產(chǎn)安全等級最高的操作系統(tǒng)，其對其他軟件的包容性和易用性也已經(jīng)在“天河一號”上得到了證明。尤其是飛騰ＣＰＵ數(shù)量約占全部ＣＰＵ的七分之一，且經(jīng)過多年運(yùn)行看性能良好。這為我國關(guān)鍵芯片的國產(chǎn)化之路奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

“待到山花爛漫時(shí)”：攻堅(jiān)克難打造國之重器

超級計(jì)算機(jī)是世界高端信息技術(shù)領(lǐng)域的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，也是體現(xiàn)科技競爭力和綜合國力的重要標(biāo)志。“天河一號”的出現(xiàn)，打破了國外在高性能計(jì)算核心領(lǐng)域的技術(shù)封鎖和限制政策，為解決我國經(jīng)濟(jì)、國防、科技等領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性問題提供了重要手段。

“天河一號”系統(tǒng)在２０１０年第３６屆世界超級計(jì)算機(jī)５００強(qiáng)排行榜上名列榜首。“這一刻，中國人等了２０多年！”回首往事，劉光明至今激動不已。

他說，２０１０年受邀參加在美國新奧爾良舉行的全球超級計(jì)算機(jī)５００強(qiáng)排行榜正式公布和頒獎儀式時(shí)，有外國人曾對中國產(chǎn)的超級計(jì)算機(jī)摘取世界桂冠感到非常驚訝，而這一席位過去幾乎都被美國所占據(jù)。

讓劉光明更為揚(yáng)眉吐氣的是，當(dāng)中國研制的“神威太湖之光”“天河二號”接踵登頂世界超算高峰時(shí)，國外科學(xué)界已經(jīng)習(xí)以為常。

深圳華大基因研究院曾代表我國參與“國際千人基因組計(jì)劃”。院長汪建說，不斷涌現(xiàn)的海量數(shù)據(jù)成為“基因組學(xué)”進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸，而高性能計(jì)算機(jī)為這一領(lǐng)域帶來了曙光。使用“天河一號”，過去要一年才能完成的５００人基因信息關(guān)聯(lián)性分析，現(xiàn)在只需三個(gè)多小時(shí)，對于提升我國的綜合國力具有重要意義。

基于“天河一號”超級計(jì)算機(jī)的自主核心技術(shù)的國際影響，歐盟主動與天津超算中心開展了高性能計(jì)算技術(shù)的項(xiàng)目合作，共同研討未來超級計(jì)算機(jī)及應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，為下一代超級計(jì)算技術(shù)研發(fā)提供指導(dǎo)。

劉光明指出，超算的核心技術(shù)是高端信息技術(shù)的制高點(diǎn)，它包括了ＣＰＵ設(shè)計(jì)、超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)等，是一項(xiàng)牽牛鼻子的科研工作，可帶動高端信息技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用創(chuàng)新以及其他學(xué)科研究的全面快速和持續(xù)發(fā)展。

2月10日，國家超算天津中心工作人員查看“天河一號”運(yùn)轉(zhuǎn)情況。新華社記者岳月偉攝

“風(fēng)物長宜放眼量”：廣泛應(yīng)用再譜超算新章

“天河一號”成為目前世界上獲得廣泛應(yīng)用的超級計(jì)算機(jī)。這一點(diǎn)，致力于應(yīng)用對接的天津?yàn)I海服務(wù)外包產(chǎn)業(yè)有限公司總經(jīng)理閻偉感觸最深。

閻偉喜歡將“天河一號”稱為“中國科技界的奧運(yùn)冠軍”。“從它開始，中國的科技創(chuàng)新逐漸由追隨向引領(lǐng)轉(zhuǎn)變，在應(yīng)用上更是突破了人們對超算認(rèn)識的局限。”國外超算應(yīng)用往往只針對某幾個(gè)領(lǐng)域，“天河一號”則覆蓋了高性能計(jì)算的各個(gè)領(lǐng)域，包括石油物探、基因測序、裝備制造等，力求在產(chǎn)學(xué)研結(jié)合中，讓國之重器成為服務(wù)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的國之利器。

去年入冬以來，全國大范圍、長時(shí)間的霧霾天氣成為社會關(guān)注焦點(diǎn)。在國家超算天津中心，研究人員們與中國氣象局等單位合作，正致力于利用“天河一號”開展霧霾天預(yù)警預(yù)報(bào)。孟祥飛說，只需２個(gè)多小時(shí)就能算出最長未來５天的預(yù)報(bào)數(shù)值，最高網(wǎng)格精度達(dá)２到３公里。

目前，“天河一號”已經(jīng)滿負(fù)荷運(yùn)行，每天運(yùn)行的計(jì)算任務(wù)超過１４００個(gè)，每天有千余個(gè)科研團(tuán)隊(duì)借助天河一號開展科研工作。經(jīng)過多年努力，“天河一號”實(shí)現(xiàn)了支撐國家重大科技項(xiàng)目與商業(yè)化應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合，對外服務(wù)主要聚焦在了“算天、算地、算人”上：

——“算天”：計(jì)算分析大型飛機(jī)外形的空氣動力特性；研究全球氣候變化，實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)氣象；對天體的演變進(jìn)行建模和理論試驗(yàn)。

——“算地”：研發(fā)我國自主的石油地震勘探數(shù)據(jù)分析核心軟件，將地下成像數(shù)據(jù)處理速度由過去的３０天提高到１６小時(shí)。

——“算人”：中心與華大基因合作，破解人類“基因組學(xué)”研究中面臨的海量數(shù)據(jù)存儲和處理的技術(shù)瓶頸；軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院、上海藥物所等用它開展糖尿病、癲癇等新型治療藥物的研發(fā)。

劉光明說，“十三五”期間，中心計(jì)劃研制中國新一代百億億次超級計(jì)算機(jī)。該中心同國防科技大學(xué)聯(lián)合開展的我國新一代百億億次超級計(jì)算機(jī)樣機(jī)研制工作已經(jīng)啟動，預(yù)計(jì)今年底至２０１８年初完成。根據(jù)規(guī)劃，它的浮點(diǎn)計(jì)算處理能力將達(dá)到１０的１８次方，是現(xiàn)在“天河一號”超算的２００倍。