1983年12月22日，我國(guó)自主研制的銀河-I型巨型計(jì)算機(jī)，在湖南長(zhǎng)沙的國(guó)防科技大學(xué)橫空出世。這是一臺(tái)有著圓弧形柱狀外型，高約2.2米、外徑2.3米的超級(jí)裝備，它以每秒超過1億次浮點(diǎn)運(yùn)算的澎湃算力，開啟了中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)四十年的輝煌發(fā)展歷程。

中國(guó)第一臺(tái)每秒鐘運(yùn)算一億次以上的“銀河”巨型計(jì)算機(jī)，由國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)研究所在長(zhǎng)沙研制成功。（來源：新華社）

01受制于人的國(guó)家算力

巨型計(jì)算機(jī)通常也稱超級(jí)計(jì)算機(jī)，其運(yùn)算速度和存儲(chǔ)容量超過普通計(jì)算機(jī)幾個(gè)數(shù)量級(jí)，可以快速完成其他計(jì)算機(jī)難以勝任的大規(guī)模復(fù)雜運(yùn)算。從石油勘探、天氣預(yù)報(bào)，到發(fā)動(dòng)機(jī)仿真、航天器測(cè)控，再到攸關(guān)國(guó)防安全的核試驗(yàn)?zāi)M……在一切需要密集運(yùn)算和海量數(shù)據(jù)處理的科研領(lǐng)域，超級(jí)計(jì)算機(jī)都能發(fā)揮不可替代的作用。毫不夸張地說，超級(jí)計(jì)算機(jī)所代表的強(qiáng)大算力，構(gòu)成了一國(guó)科研乃至綜合國(guó)力的一部分。

上個(gè)世紀(jì)六、七十年代，美、日等國(guó)的超算技術(shù)發(fā)展迅猛。1976年，美國(guó)Cray-1成為世界第一臺(tái)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)，隨即被用于美國(guó)新型核武器的研發(fā)運(yùn)算。這一時(shí)期的中國(guó)，卻飽受缺乏高性能計(jì)算機(jī)之苦，科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)受到算力不足的嚴(yán)重制約。寶貴的石油勘探數(shù)據(jù)不得不送到國(guó)外處理，費(fèi)用高昂、耗時(shí)很長(zhǎng)且容易泄密。好不容易從美國(guó)買來了超級(jí)計(jì)算機(jī)，中方專家卻無權(quán)進(jìn)入控制室，所有運(yùn)算必須請(qǐng)外方人員操作。

國(guó)家算力怎么能長(zhǎng)久受制于人？1978年5月，中國(guó)國(guó)防科委召開巨型機(jī)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(fèi)，研制一臺(tái)每秒運(yùn)算1億次的巨型計(jì)算機(jī)。國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)研究所承接了光榮而艱巨的研制任務(wù)，計(jì)算機(jī)專家慈云桂出任總設(shè)計(jì)師和技術(shù)總指揮，開始了我國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)從無到有的第一次跨越。

02?千錘百煉的大國(guó)重器

以決策會(huì)議的召開日期為代號(hào)，億次機(jī)的研發(fā)任務(wù)被命名為“785工程”。在幾個(gè)月的廣泛調(diào)研中，研制團(tuán)隊(duì)獲得了美國(guó)Cray-1計(jì)算機(jī)的技術(shù)資料，認(rèn)為其設(shè)計(jì)思想和體系結(jié)構(gòu)較為先進(jìn)獨(dú)到?？傇O(shè)計(jì)師慈云桂借鑒Cray-1的先進(jìn)結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。最終，785型計(jì)算機(jī)采用了雙向量陣列體系結(jié)構(gòu)方案，力爭(zhēng)研制出既符合國(guó)情又緊跟國(guó)際主流的億次機(jī)。

從1978年5月工程啟動(dòng)，到1983年12月通過國(guó)家鑒定， 785型計(jì)算機(jī)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(zhǔn)備、模型機(jī)研制，到主機(jī)生產(chǎn)、巨型機(jī)硬件系統(tǒng)調(diào)試，再到貫穿工程全過程的軟件系統(tǒng)研制和聯(lián)調(diào)，直至驗(yàn)證工程成敗的試算和國(guó)家技術(shù)考核、鑒定，以慈云桂教授為代表的科研人員奮戰(zhàn)5年，只用了原計(jì)劃1/5的經(jīng)費(fèi)就提前完成了研制任務(wù)，新生的785型計(jì)算機(jī)也有了一個(gè)響亮的名字：銀河-I。

為了驗(yàn)證“785”工程目標(biāo)是否完全實(shí)現(xiàn)，我國(guó)專家對(duì)首臺(tái)銀河-I型巨型計(jì)算機(jī)進(jìn)行了極其嚴(yán)格的技術(shù)考核。1982年6月和9月，銀河-I先是接受了用戶單位的系統(tǒng)考核。1983年12月，國(guó)防科工委組織國(guó)家鑒定會(huì)議， 7個(gè)專家小組對(duì)銀河-I進(jìn)行了更加全面的技術(shù)鑒定。面對(duì)一項(xiàng)項(xiàng)近乎苛刻的技術(shù)考核，銀河-I型巨型計(jì)算機(jī)表現(xiàn)出了令人驚喜的穩(wěn)定可靠：

（1）硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、質(zhì)量精良，200多萬個(gè)焊點(diǎn)無一虛焊；

（2）多次測(cè)試結(jié)果表明，硬件向量運(yùn)算速度達(dá)到每秒1億次以上；

（3）26道復(fù)雜的正確性運(yùn)算考題，3遍計(jì)算的數(shù)字完全相同，結(jié)果的正確和精度完全符合要求；

（4）系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行150小時(shí)，遠(yuǎn)超平均無故障時(shí)間24小時(shí)的設(shè)計(jì)要求……

1983年12月22日，銀河-I型巨型計(jì)算機(jī)順利通過國(guó)家鑒定，鑒定書確認(rèn)“銀河計(jì)算機(jī)是中國(guó)自行研制的第一臺(tái)億次電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。”千錘百煉的銀河-I型巨型計(jì)算機(jī)，讓中國(guó)打破了美、日等國(guó)的技術(shù)壟斷，一舉成為能夠研制億次超級(jí)計(jì)算機(jī)的少數(shù)國(guó)家之一。

03?永遠(yuǎn)閃亮的“銀河”精神

研發(fā)成功之后，我國(guó)先后生產(chǎn)了三臺(tái)銀河-I型巨型計(jì)算機(jī)。一臺(tái)留在國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)研究所，服務(wù)于經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防應(yīng)用；一臺(tái)遠(yuǎn)赴河北涿縣石油部物探局研究院，為石油勘探的地震數(shù)據(jù)處理提供了強(qiáng)大算力；還有一臺(tái)成為四川綿陽西南計(jì)算中心主機(jī)，化身每年運(yùn)行超過8000機(jī)時(shí)的超級(jí)“勞?！?，為工程物理科學(xué)計(jì)算、航空航天課題計(jì)算立下了汗馬功勞。

銀河-I巨型計(jì)算機(jī)的研制和應(yīng)用，充分展現(xiàn)了超級(jí)計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的巨大價(jià)值和廣闊前景?！靶貞炎鎳?guó)、團(tuán)結(jié)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(jì)算機(jī)研制過程積累的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，更是成為中國(guó)計(jì)算機(jī)科研人員的強(qiáng)大動(dòng)能，激勵(lì)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(jì)算機(jī)及銀河-III型百億次巨型計(jì)算機(jī)，分別于1992年和1997年相繼研制成功。

“銀河-Ⅱ”巨型計(jì)算機(jī)（來源：論文截圖）

國(guó)防科技大學(xué)的“銀河”與“天河”系列，聯(lián)想集團(tuán)的“深騰”系列，中科曙光的“曙光”系列，國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心的“神威”系列……二十世紀(jì)九十年代以來，中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)陣營(yíng)日益壯大，新型國(guó)產(chǎn)超算不斷挑戰(zhàn)世界先進(jìn)水平。

2010年11月，中國(guó)“天河一號(hào)”A超算，以開創(chuàng)性的CPU+GPU異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了峰值4700萬億次、持續(xù)2566萬億次的運(yùn)算速度，成為全世界算得最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)，使得中國(guó)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1206萬億次的“天河一號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)由國(guó)防科技大學(xué)成功研制。我國(guó)成為世界第二個(gè)可研制千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)的國(guó)家。圖為“天河一號(hào)”千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 （來源：新華社）

正在對(duì)“天河一號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)性能測(cè)試的科研人員（來源：新華社）

2016至2017年，安裝了40960個(gè)國(guó)產(chǎn)處理器的神威·太湖之光，曾經(jīng)連續(xù)占據(jù)全球超算運(yùn)算速度冠軍寶座兩年之久。

神威·太湖之光超級(jí)計(jì)算機(jī)（來源：新華社）

“神威·太湖之光”超級(jí)計(jì)算機(jī)的監(jiān)控面板（來源：新華社）

“神威·太湖之光”超級(jí)計(jì)算機(jī)的交換機(jī)網(wǎng)線（來源：新華社）

當(dāng)今世界超算技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)，首推每秒運(yùn)行一百億億次運(yùn)算（ExaFLOPS）的E級(jí)超算。我國(guó)的“天河三號(hào)”和“神威·海洋之光”，都是E級(jí)超算桂冠的有力競(jìng)爭(zhēng)者。

“天河三號(hào)”百億億次原型機(jī)（來源：新華社）

40年彈指一揮間，從銀河-I型巨型計(jì)算機(jī)艱難起步的中國(guó)，已經(jīng)成為世界超算技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)力派。“銀河精神”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(cái)富。

作者：秦彧 計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)管理高級(jí)工程師、2017“十佳新銳科普創(chuàng)客”大賽文章類一等獎(jiǎng)獲得者

出品：科普中國(guó)

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