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逐梦“超算”之巅——“天河二号”夺冠之旅

2013年06月23日09:49   来源:光明日报
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  图为“天河二号”超级计算机系统。 本报通讯员 何书远摄

  从2010年11月14日“天河一号”排名世界第一,到今天“天河二号”再登世界“超算”之巅;从“天河一号”峰值计算速度每秒4.7千万亿次,到“天河二号”每秒5.49亿亿次,实现由千万亿次级(1015)到亿亿次级(1016)的跨越,国防科学技术大学“天河”超级计算机创新团队逐梦“超算”之巅,不断超越自己,不断创造“中国速度”。

  交出一份精彩答卷

  “中国要搞四个现代化,不能没有巨型计算机!”1978年,邓小平高瞻远瞩,把研制巨型计算机的任务交给国防科大。

  上个世纪80年代初,面对西方的技术封锁,以慈云桂教授为代表的第一代科研人员艰苦探索、艰难攻关,仅用5年时间就研制出我国第一台被誉为“争气机”的亿次巨型计算机,使我国成为继美国、日本之后能够独立设计和制造巨型机的国家。

  在国内超级计算机刚刚突破10万亿次的2005年,国防科学技术大学就已经吹响了进军千万亿次系统的冲锋号。而作为国家科技部“863计划”信息技术领域“高效能计算机研制”的重大项目,“天河二号”的关键技术攻关从“天河一号”问世那天就开始了。探索一代、预研一代、研制一代、装备一代,面对超级计算机每10年性能提高1000倍的发展规律,起步晚、技术基础薄弱的中国“超算”事业充满紧迫感。这次冲锋,“天河”团队创造出CPU和GPU相结合的异构融合计算体系结构,突破一系列核心关键技术,研制成功“天河一号”超级计算机,于2010年11月首次将五星红旗插上超级计算的世界之巅。

  超级计算领域的国际竞争异常激烈。从2011年到2012年短短两年时间里,日本的超级计算机“京”、美国的“红杉”和“泰坦”等就超过“天河一号”。人们将目光投向国防科大:难道“天河一号”就这样昙花一现?面对疑问,“天河人”很坦然,因为他们的头脑清醒。在“天河一号”夺得世界第一之时,他们就对国际超算发展状况作出了“三个没有改变”的判断:西方在信息技术领域的优势地位没有改变,美国在超级计算领域的主导地位没有改变,世界强国争夺超级计算机领先地位的态势没有改变。为此,他们在做好“天河一号”推广应用的同时,迅速展开新一代超级计算机关键技术攻关;还与广东省、广州市、中山大学签署合作协议,共建广州超级计算中心,为“天河二号”的研制注入强劲动力。最终,从“天河一号”首次夺得世界第一,到“天河二号”再次摘取世界超算桂冠,“天河人”只用了不到3年时间。

  从“银河”到“天河”,从“天河一号”到“天河二号”,“天河”团队为了完成国家使命,以超前的眼光逐梦“超算”世界,交出了一份精彩答卷。

  留下“中国创造”印记

  今年5月,我国主办“高性能计算国际论坛”,国际“超算”领域的权威专家与会并实地考察“天河二号”,纷纷给予高度评价——

  世界TOP500排行榜编撰人之一、美国田纳西大学杰克·唐加拉教授说:“‘天河二号’与美国的‘泰坦’大小相当,速度却高出两倍,制造这样强大的系统需要很强的技术,这是一台令人印象深刻的系统。”

  德国尤利希科学中心的塞巴斯第安·施密特教授说:“‘天河二号’是世界最好的计算机之一,它有着非常出色的表现,我十分肯定它可以解决科学领域的很多问题。”

  日本筑波大学参加过“京”系统研制的大介博库教授说:“这是一部非常紧凑的机器,具有巅峰的性能表现,它真的是技术上的很大进步。”

  “天河一号”采用的“CPU+GPU异构融合体系”,是一条不同于此前任何系统的技术路线。两年多来,因其低能耗、低成本、高集成度等优点,这种结构成为国际主流。在此基础上,“天河”创新团队又迈出大胆创新的一步,为“天河二号”设计出“新型异构多态体系结构”,这种结构不仅大幅度提高系统的计算速度,还将其应用从科学计算拓展至大数据处理、大规模信息服务等多个领域。

  “天河二号”的多项自主关键技术令世界瞩目:高速互连系统性能是当前国际商用互连系统的两倍,综合化能耗控制机制实现了国际先进的能效比,“飞腾1500”CPU构建出高安全高吞吐率的服务阵列,高密度高精度组装结构使得这台系统的占地面积与“天河一号”相当、性能却提升了11.6倍……“体系结构之路上,中国人在拉着世界往前走。”中国科学院软件所研究员张云泉说。

  从局部突破到综合技术领先,从奋力追赶到逐步超越,世界超级计算机的发展史上已留下“中国创造”的深深印记。

  坚守“银河精神”高地

  如果说数十年的技术积淀和“计算机+多学科”的融合优势,是“银河”赋予“天河”的技术财富;那么,“胸怀祖国、团结协作、志在高峰、奋勇拼搏”的“银河精神”,就是“天河人”永远坚守的精神高地。

  “天河人”每天工作十几个小时,全年仅春节期间休息3天。每一项技术的背后,都是超常的付出:仅仅为了将网络互连软件的性能参数调整到适应硬件的最佳状态,“天河人”在3个月里进行了上亿次测试实验。像“天河一号”一样,“天河二号”的很多新成果,都是在凌晨三四点钟产生的;每到这个时候,灯火通明的“天河楼”一片欢腾,大家会兴奋地打电话告诉在外地出差的同伴们。

  “天河人”是视事业高于一切的奉献者。他们恨不得把全部精力用来与时间赛跑,在孩子出生当天,科研人员杜云飞因工作需要进入封闭攻关基地,无法照顾妻儿,但他毫无怨言,他说:“天河也是我们的孩子”;在“天河二号”系统进入关键调试阶段,田宝华家中老人病重,他不能分身在亲人临终前相见一面。

  “天河人”是朝气蓬勃的年轻科研团队,其平均年龄不到40岁。

  曾经参与“天河一号”研制的年轻技术人员,如今已成长为“天河二号”研制的骨干力量;而在“天河二号”研制过程中,又有23名本科生直接参与系统研制。学员邬会军在参与工程实践的过程中撰写的一篇优秀论文,被“国际网络与信息安全国际学术会议”录用。一代代“天河人”接力前行,成为支撑我国未来高性能计算的脊梁。

  (本报记者 陈劲松 本报特约记者 吕 超 本报通讯员 李 治)

(责编:朱书缘、赵晶)



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