2010年，夏。

“天河一號”二期系統(tǒng)進(jìn)駐國家超算天津中心首期工程——通信光纖鋪設(shè)甫一開始，就遇到了大麻煩。

鋪設(shè)光纖的溝槽溫度高達(dá)40多度，水泥表層太粗糙，光纖的絕緣膠皮被磨出了道道裂痕，個別地方還露出了線芯。

這個問題不解決，后果不堪設(shè)想。輕者信號中斷、通信短路，重則導(dǎo)致系統(tǒng)紊亂。

怎么辦？工程現(xiàn)場指揮員的舉動出人意料，他把衣褲一脫，跳進(jìn)悶熱的溝槽，俯臥在粗糙的水泥地上。大家紛紛效仿，很快鋪就了一條“人肉地毯”，一根根光纖順著的工程人員的身軀通暢地向前延伸。

光纖鋪設(shè)過程中，幾十人在悶熱的溝槽里赤身裸背爬了數(shù)十天，被堅硬的水泥地和光纖刮擦得遍體鱗傷，15000根光纖卻毫發(fā)無損。

等到“天河一號”二期系統(tǒng)試機那天，開機運行的一瞬間，全部線路暢通無阻。

不久后的11月，我國首臺千萬億次超級計算機“天河一號”以驚人的運算速度在全球超級計算機500強榜單中位居世界第一，這也是五星紅旗第一次插上世界超算之巔。

1983年我國巨型機實現(xiàn)“零”的突破，到“天河一號”大顯王者風(fēng)范，歷經(jīng)數(shù)位科學(xué)家的艱苦探索，中國超算不斷沖擊巔峰，高端應(yīng)用連續(xù)兩次獲得國際高性能計算機的最高獎——戈登貝爾獎。

以“神威?太湖之光”和2017年完成技術(shù)升級和系統(tǒng)優(yōu)化的“天河二號”為標(biāo)志，我國超級計算機具備了從自主微處理器、自主互聯(lián)、自主軟件系統(tǒng)到自主應(yīng)用的全方位自主研制。伴隨著改革開放的時代大潮，我國高性能計算機完成了從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的歷史跨越。

再見！屈辱的玻璃房子

“中國要搞四個現(xiàn)代化，不能沒有巨型機！”1978年，在中央召開的一次重要會議上，鄧小平同志的這句話擲地有聲。隨即，他代表黨中央、國務(wù)院將這一任務(wù)交給國防科技大學(xué)。

時任該校計算機研究所所長的慈云桂教授聽到這個消息，當(dāng)即向上級立下軍令狀：每秒一億次一次不少，6年時間一天不拖，預(yù)算經(jīng)費一分不超?！熬退闶腔沓鲞@條老命，也要把中國的巨型機搞出來！”

在中國老一代超算人的心里，藏著一段關(guān)于玻璃房子的心痛往事。

20世紀(jì)80年代，中國氣象部門想從美國克雷公司進(jìn)口一臺計算機，美國人死活不肯賣。后來好不容易松口了，但美國政府要對出口中國的高性能計算機進(jìn)行監(jiān)視，即在計算機機房安裝監(jiān)視儀器，機器也要封在玻璃機房里，由他們自己人使用監(jiān)控，不許中國科技人員進(jìn)去。

“銀河一號”巨型計算機

面對西方國家如此嚴(yán)密的技術(shù)封鎖，以慈云桂教授為代表的第一代中國計算機科技人員敢為人先，率領(lǐng)國防科大計算機科研隊伍，在1983年12月研發(fā)出中國第一臺億次巨型電子計算機，取名為“銀河”。中國從此成為繼美、日之后能獨立設(shè)計和制造巨型機的國家。

1993年，德國曼海姆大學(xué)漢斯·埃里克教授等開始實施國際TOP500排名。彼時，國防科大銀河系列超級計算機關(guān)鍵技術(shù)攻堅勢如破竹。但每當(dāng)中國躍上一個新臺階，美國或日本不久便會宣布研制出世界上運算速度最快的超級計算機。似乎，中國的超算水平總是比別人差那么一點點。

進(jìn)入21世紀(jì)，世界超級計算機發(fā)展遭遇“冰封”時期。科學(xué)家們?yōu)榱颂岣叱阆到y(tǒng)的整體性能，只能依賴于加大系統(tǒng)規(guī)模：比如計算機體積有幾個足球場那么大、需要建一個專用的發(fā)電站才能滿足它的功耗。2004年日本的“地球模擬器”，雖然一度搶占國際TOP500排名第一，但其機房竟需要四層樓，銅質(zhì)電纜有上百公里長。

超算技術(shù)再跨越，需要新的體系結(jié)構(gòu)理論來支撐。這也意味著中國和美、日等發(fā)達(dá)國家處于同一起跑線，中國在超算領(lǐng)域決戰(zhàn)決勝、沖擊巔峰的時機來臨！

死磕到底，科學(xué)家“著了魔”

2006年開始，楊學(xué)軍和他的團(tuán)隊，開始了一場極富創(chuàng)意甚至有點冒險的主動出擊戰(zhàn)。其時，國家制定了“先研制兩臺百萬次超級計算機、再研制一臺千萬億次超級計算機”的“兩步走”戰(zhàn)略。但以楊學(xué)軍為總設(shè)計師的總師組，經(jīng)過深入技術(shù)調(diào)研、反復(fù)權(quán)衡利弊，決定從每秒10萬億次直接沖刺每秒1000萬億次，走別人沒有走過的CPU+GPU技術(shù)路線。這一超常決策引起一片嘩然。

以10倍速度逐步遞增來研制超級計算機，已成為國際慣例。從每秒10萬億次直接向每秒1000萬億次跨越，會不會有點急功近利？ 楊學(xué)軍的劍走偏鋒，會成功嗎？

CPU（通用微處理器）+GPU（專用微處理器）異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)，形象地說，就是把眾多CPU、GPU有機地連成一枚“捆綁式火箭”。所謂“一個和尚挑水喝，兩個和尚抬水喝，三個和尚沒水喝。”把數(shù)千個CPU和數(shù)千個GPU組合成一個“大廟”，它們還能賣力“挑水”嗎？

失敗的滋味，不好受。2009年3月，他們把CPU、GPU這兩類“和尚”組合起來，竟發(fā)現(xiàn)總性能還不到600億次，而一顆CPU就有近500億次的性能。也就是說GPU雖然用于圖像處理速度驚人，但讓它與CPU放在一塊用于科學(xué)計算，就變得非常懶惰，計算效能只有20%左右。

難道，這條路真的走錯了嗎？楊學(xué)軍不信邪。他向妻子招招手：“你去把車開來，帶我出去轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)?！避囎玉偝龈咚偈召M站時，楊學(xué)軍掏出手機，堅定地說：“別人不敢走的路，并不等于走不通。從技術(shù)原理分析，GPU的計算性能，通過軟件優(yōu)化，是可以大幅提高的……”

關(guān)鍵時刻，經(jīng)學(xué)校黨委推薦，時任中央軍委主席胡錦濤任命廖湘科為每秒千萬億次超級計算機工程總指揮和常務(wù)副總師。隨后，楊學(xué)軍、廖湘科作出了一個超常決策：把完成研制任務(wù)的時間節(jié)點，由原計劃的2010年底提前一年，即在2009年底前推出中國第一臺每秒千萬億次超級計算機。

在長沙郊區(qū)的一個抗洪指揮部，國防科大超級計算機創(chuàng)新團(tuán)隊來了一次長達(dá)半年的“閉關(guān)”，成員們整天貓在那棟三層小樓里，眼睛只盯著顯示屏，從早上7點盯到午夜。

功夫不負(fù)有心人，突擊隊連續(xù)奮戰(zhàn)四個月，先后改進(jìn)優(yōu)化8萬余次，創(chuàng)造了一個科學(xué)奇跡：GPU計算效能躍升至70%以上，達(dá)到世界最高水平！

奇跡背后的“上甘嶺戰(zhàn)役”

2009年國慶節(jié)來臨前夕，每秒千萬億次超級計算機一期系統(tǒng)安裝完畢。同年10月29日，我國第一臺每秒千萬億次超級計算機橫空出世，中國成為世界上第一個掌握CPU+GPU異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)技術(shù)、第二個研制出每秒千萬億次超級計算機的國家。時任中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席胡錦濤聞訊，親自為她題名“天河”。

除了喜悅，研究團(tuán)隊并不甘心。停滯，意味著被淘汰。2009年10月，國防科大計算機學(xué)院超級計算機創(chuàng)新團(tuán)隊召開“天河一號”二期系統(tǒng)決戰(zhàn)動員會，時間定為一年，目標(biāo)是每秒4700萬億次，并且一定要用上自己研制的CPU，逐步改變微處理器依賴進(jìn)口的局面。

奇跡真的發(fā)生了。

2010年11月，在世界超級計算大會上，“天河一號”二期系統(tǒng)以計算峰值高出第二名 “美洲虎”兩倍多的絕對優(yōu)勢，勇奪國際TOP500排名第一，打破了美國在超級計算機領(lǐng)域長期一家獨大的局面，標(biāo)志著我國自主研制的超級計算機綜合技術(shù)水平跨入世界領(lǐng)先行列。

在奮起直追的路上，有多少個不眠之夜，又有多少次激流勇進(jìn)，數(shù)不清，道不明。這樣的奇跡，來自超強的膽魄，也來自超出常人的艱辛。參與人員說，真是打了幾場“上甘嶺”。比如，通信光纖的保衛(wèi)戰(zhàn)。

通信光纖鋪設(shè)，是“天河一號”二期系統(tǒng)進(jìn)駐國家超算天津中心的首期工程，時間緊迫、任務(wù)艱巨。為確保按期完成施工任務(wù)，指揮員把任務(wù)細(xì)化到天，要求大家“當(dāng)天任務(wù)不完成當(dāng)天不吃不睡”。

哪知施工第一天剛鋪了幾根，施工指揮員拿起一看，立刻傻眼了。時值盛夏，溝槽溫度高達(dá)40多度，水泥表層太粗糙，光纖的絕緣膠皮被磨出了道道裂痕，個別地方還露出線芯。這個問題不解決，后果不堪設(shè)想。輕者信號中斷、通信短路，重則導(dǎo)致系統(tǒng)紊亂。

指揮員做出了大膽的行為。他把衣褲一脫，跳進(jìn)悶熱的溝槽，俯臥在粗糙的水泥地上。大家紛紛效仿，很快鋪就了一條“人肉地毯”，一根根光纖順著官兵的身軀通暢地向前延伸。

幾十個人在粗糙悶熱的溝槽里赤身裸背爬了數(shù)十天，一個個被堅硬的水泥地和光纖刮擦得遍體鱗傷，15000根光纖卻毫發(fā)無損。

就這樣，等到“天河一號”二期系統(tǒng)試機那天，打開機器的一瞬，全部通信線路暢通無阻。

這樣的中國超算，值得喝彩

喜悅還未退去，質(zhì)疑接踵而至。

在“天河一號”取得世界第一不久后，很多國內(nèi)外的專家和媒體質(zhì)疑其中看不中用，甚至還有專家調(diào)侃 “天河一號”實際上就是一臺大游戲機?！爱?dāng)時，我就怒了！”國家超級計算天津中心應(yīng)用研發(fā)部部長孟祥飛立下了軍令狀，干不好“天河一號”的應(yīng)用就卷鋪蓋走人。

如何讓更多企業(yè)、院校、科研單位成為“天河一號”的用戶？孟祥飛把自己的團(tuán)隊打造成售前、售后、研發(fā)的“三體”。為了讓“天河一號”忙起來，孟祥飛一年常常要跑上四、五十個城市，行程最多時可以繞地球兩圈。經(jīng)過不懈努力，現(xiàn)在每天在“天河一號”平臺上并發(fā)在線的研發(fā)任務(wù)有近1400項，每天要完成近萬項計算任務(wù)?！疤旌右惶枴背蔀榱嗣逼鋵嵉摹皣仄鳌薄?/p>

今年6月25日，新一期全球超級計算機500強榜單發(fā)布，美國超級計算機“頂點”以峰值速度每秒20億億次占據(jù)榜首。在上榜的超算總數(shù)上，中國以206臺位居第一，美國為124臺。

“天河一號”副總設(shè)計師胡慶豐分析，從“天河一號”奪冠到美國的“頂點”居首，期間經(jīng)歷了日本的“京”、美國的“紅杉”和“泰坦”、中國的“天河二號”和“神威?太湖之光”，可以看出，美國、日本、中國同處于世界超級計算機研制的領(lǐng)先行列，形成了在具體系統(tǒng)上交替領(lǐng)先的格局。

同時，我國超級計算機在應(yīng)用的普及性和廣泛性方面發(fā)展態(tài)勢良好，高端應(yīng)用連續(xù)兩次獲得國際高性能計算機的最高獎——戈登貝爾獎。以“神威?太湖之光”和2017年完成技術(shù)升級和系統(tǒng)優(yōu)化的“天河二號”為標(biāo)志，我國超級計算機具備了從自主微處理器、自主互聯(lián)、自主軟件系統(tǒng)到自主應(yīng)用的全方位自主研制。

國際超級計算機界的下一個目標(biāo)是被稱作“E級超算”的百億億次超級計算機，美國、日本、歐洲都部署了“E級超算”研發(fā)計劃。按照中國的時間表，中國最早有望在2020年發(fā)布E級超算。目前中國同時啟動了三大E級超算原型系統(tǒng)的研發(fā)，分別是國防科大和天津超算中心的“天河三號”、中科曙光的E級超算以及江南所和濟(jì)南超算中心的“神威”E級超算。

胡慶豐展望，正在研發(fā)中的百億億次超級計算機系統(tǒng)將在我國的大科學(xué)、大工程、大數(shù)據(jù)和人工智能等更加廣泛和深入地應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。

（原標(biāo)題：他們甘當(dāng)“人肉地毯”，只為能讓天河一號“跑”起來）