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极彩彩票平台登录网址-科技创新70年丨中国超级计算进击史

admin 2019-09-16 226人围观 ,发现0个评论

通透的玻璃房里,放着一台从美国买来的超级核算机。房间钥匙由美方人员保管,我国科学家通过授权才干进入玻璃房,并且得在美方监督下上机操作。

超级核算机运算的内容,有必要通过美方答应。操作完结后,美方会立刻关闭玻极彩彩票平台登录网址-科技创新70年丨中国超级计算进击史璃房。监控日志还要定时上交给美国政府查看。

这是一段被我国超级核算机界一再提起的实在过往。

改革开放前后的我国,缺少自研超级核算机的技能。为进行石油勘察,我国石油工业部花大价钱购买了一台 IBM 超级核算机。

花钱买得了设备,却买不了技能。20 世纪 80 时代的西方国家正对我国进行高技能关闭,其间就包含超级核算机。

美国尽管卖了超级核算机给我国,但仍然严加监督以防中心技能泄密,因而就有了“玻璃房”的故事。

我国科学院院士、前国防科技大学校长杨学军谈起这段前史时说:“这是我国科研作业者心中永远的痛......就像农人自家没粮,母亲自己没奶喂孩子。”后来我国大力支撑自研超级核算机,国防科技大学是中坚力量,杨学军成了超级核算机“银河一号”的总规划师。

望文生义,超级核算机(又称巨型机、高功能核算机)能一般个人电脑所不能。个人电脑一般是四核、六核或许八核处理器,而超级核算机聚集了数以千计万计乃至更多的处理器,可处理许多的数据和高速运算。

众所周知,“两弹一星”是国家硬实力的表现,而超级核算机也是“两弹一星”等级的国之重器。

上到军用的模仿核试验,下到民用的气候猜测,远到太空探究,近到人类基因测序,都有巨大的核算量门槛,要想更快地得到核算结果,只能靠超级核算机。

美国是全球最早投入这个范畴的的国家,自 20 世纪 50 时代后期起,就研发超级核算机以满意国防和军事需求。60-70 时代,全球的超级核算机职业根本由两家美国公司主导。日本也不遑多让,20 世纪 80 时代起大规模补助超级核算机科研项目。

1993 年开端,美国田纳西大学、德国曼海姆大学以及美国能源部的伯克利国家实验室,每年都会发布两次全球前 500 的超级核算机排名(TOP500)。发布时刻一次在 6 月,一次在 11 月。

排名根据基准程序 LINPACK 测验值来进行。1993 年 6 月至 2010 年 11 月,TOP500 榜首名都是美国和日本替换操纵。

(表格来自 AMiner)

我国国家层面的超级核算机自研作业始于 1978。那年 3 月在全国科学技能大会上,邓小平一句“我国要搞四个现代化,不能没有巨型机”,敞开了自研超级核算机的前史进程。

40 年间,国防科技大学的“银河”与“银河”系列,中科曙光的“曙光”系列,联想的“深腾”系列,以及无锡江南核算技能研讨所的“威风”系列连续上台,让我国超级核算机作业从一片荒芜走向与美日比肩。

从无到有的“争气机”

“我刚好 60 岁,便是豁出这条老命,也必定要把我国的巨型机搞出来。”

1978 年,国防科技大学接到了自研超级核算机的使命,其时任该大学核算机研讨所所长的慈云桂立下了军令状,“每秒一亿次一次不少(运算速度 1 亿次/秒),6 年时刻一天不拖,预算经费一分不超”。

慈云桂可谓我国核算机界的一代宗师。从电子管核算机到晶体管核算机,再到集成电路核算机,我国核算机每一次晋级换代,他都是首要推手。

但超级核算机对他来说,仍然是一座攀爬难度极高的大山。1978 年,慈云桂带领团队研发的通用核算机体系 151-4,运算速度不过每秒二百万次,间隔每秒一亿次的超级核算机还有十分大的距离。

接到使命后,慈云桂带着团队树立了十多个攻关小组,“吃在工厂,睡在机房”。

研发过程中自然是问题频出。团队花几个月做出来的方案,慈云桂狠下心来一口否决了,带着我们从头研发愈加先进的总体方案。

冷液技能研发遇到困难,不得已选用简单操作的凉风技能。为了保证机器的安稳性和可靠性,团队要对 2.5 万条绕接线、12 万个饶接点和200 多万个焊点逐个查看。

终究,慈云桂团队通过创造性地提出“双向量阵列”结构,大大进步了机器的运算速度。不只经费没超,还提早一年完结了研发使命。

从前指挥研讨“两弹一星”的国防部长张爱萍,给这台超级核算机起名为“银河”。

(银河-I,图片来自新华社)

其时一位前政协副主席在听完慈云桂团队陈述后说:“1930 年的赤军打长沙是豪举,50 年后,你们在长沙研发成功银河-I 巨型核算机更是成功的豪举。”

银河-I 的诞生打破了西方大国在超级核算机上的技能关闭,让我国成为继美国和日本后,国际上第 3 个能够自主研发超级核算机的国家。这台核算机也因而得一别号:“争气机”。

国家的毅力

1983 年,除了银河-I 的研发成功,还发生了两件对我国超级核算机界影响深远的作业。

一件是不起眼的小事:南京通讯工程学院的本科生杨学军,报考了国防科技大学研讨生,投身于超级核算机的研讨。

他的结业论文是关于向量巨型机编译技能,慈云桂看了之后在论文旁边写:此人要想办法留下来。

后来,杨学军结业留校,参加了银河-II 的研发。银河-Ⅲ 在 1994 年立项上⻢,年仅 31 岁的杨学军被任命为总规划师。

再后来,他成了银河一号的总规划师,协助我国榜初次坐上最快超级核算机的宝座。

(左二为杨学军)

另一件是影响全球格式的大事:任职三年的美国总统里根,提出了“战略防护主张”(SDI,又叫“星球大战”方案)。

“星球大战”方案是暗斗的产品。里根政府声称要改动玉石俱焚(MAD)的核平衡战略,转而通过天基和地基体系,来防护核武器的进犯。

(1983 年里根总统在电视讲演星球大战)

其时我国专家们普遍认为,“星球大战”表面上是针对苏联的防护方案,但本质还有其他意图。

“(美国)企图通过该方案的施行,促进国防科技开展,从而带动高新技能和国民经济的全面复兴,以保证美国在高科技范畴名列前茅,终究到达抢占21世纪战略制高点的意图。” 时任航天部空间技能院科技委副主任的杨嘉墀说。

“星球大战”方案出台后,不少国家和联盟都跟进拟定相应的方针:苏联和东欧集团拟定了“科技进步归纳纲要”,日本提出“往后十年科学技能复兴根本方针”,西欧 17 国联合签订了“尤里卡方案”......

在这样的大布景下,包含杨嘉墀在内的 4 位科学家上书邓小平等中心领导人,主张“盯梢国际战略性高技能开展”。

邓小平对该主张表清楚支撑,很快“高技能研讨开展方案”出炉。由于 4 位科学家上书和邓小平同志批复时刻都是 1986 年 3 月,所以该方案又称之为“863 方案”。

863 方案中,“智能核算机”被独自列为一个主题项目(即 306 主题)。

“国家智能核算机研讨开发中心”(以下简称智能中心)应运而生,并且选中了“我国科学院核算技能研讨所”(以下简称中科院核算所)为依托单位。

创立于 1956 年的核算所,是中科院的主力部队。在这里,诞生了我国榜首台通用数字电子核算机,以及首枚通用 CPU 芯片。核算所还为 “两弹一星” 成功上天完结了数据处理作业。

和国防科技大学相同,中科院核算所后来也成为了我国超级核算机界的国家栋梁。从中科院核算所独立出去的曙光,一直是 863 方案 306 主题的主力。

自主研发深腾系列超级核算机的联想,1984 年景立时也是核算所的班底。联想最早的名字叫“核算所新技能开展公司”,其创始人柳传志曾在核算所做了 13 年研讨。就连参加威风系列研发的国家并行核算机工程技能研讨中心,依托单位也是中科院核算所。

1990 年,智能中心正式树立。树立之初,它就面临着开展战略挑选的难题。

20 世纪 80 时代,国际鼓起人工智能热的第2次高潮。其时,卡耐基梅隆大学规划了一个专家体系,每年能够为商业公司节约四千万美元,引发许多国家和公司的跟进。

新算法(专家体系)对算力提出了新要求。在核算机专家渊一博的领导下,日本于 1982 年发布了“第五代核算机体系”十年研讨方案,期望研宣告划时代的超级核算机,让机器能够与人对话、翻译言语、解极彩彩票平台登录网址-科技创新70年丨中国超级计算进击史说图画,并且像人相同推理。

(日本第五代核算机体系概念图)

“其时全国际正处于‘人工智能热’的高潮,日本‘五代机’也好评如潮。在这样的布景下,我国顺势而为走‘五代机’的路,看起来水到渠成、无可厚非。”306 主题专家组组长、我国工程院院士汪成为说。

事实上,306 主题的全称“智能核算机”,正是起源于跟从日本“五代机”的战略。

但在履行过程中 306 主题专家组发现,日本“五代机”首要方针是完结自然言语翻译,这个方向并不是很合适其时我国的国情。同期美国的研发重点是个人核算机、高速作业站、超级核算机和互联网,更具有学习含义。

专家组决议改动技能路途,担任这一主题的智能中心把研讨方向从“智能核算机”调整为“高功能并行核算机体系”。

这一决议很快被验证是正确的。专家体系存在的问题逐步露出出来:运用范畴狭隘、常识获取困难、维护费用居高不下......日本“五代机”方案也随之宣告失利,人工智能进入第2次低谷。

核算的“曙光”

306 主题战略转移的决议方案,催生了曙光系列。曙光一号研发过程中,其时智能中心的主任李国杰主导了全新的技能路途和科研形式。

20 世纪 80 时代开端,李国杰就在从事核算机的并行处理研讨。1981 他年出国攻读博士学位,师从美国核算机威望华云生教授。1986 年末回国后,一直在我国科学院核算所作业。

有留学阅历的李国杰,看到了我国研发超级核算机传统途径的缺少。

长期以来,我国在关闭条件下研发核算机,选用分立元器件做主板,悉数从头做起。研发周期短则 5-6 年,长则 7-8 年,往往机器研宣告来就现已落后了,难以被商场所承受。

为了进步我国超级核算机的产品化和商品化程度,李国杰斗胆拓荒了新的途径。技能上,他在国内初次选用大规模集成电路来研发并行核算机。核算机体系方面,他让团队在 UNIX 源代码的基础上,自行规划并行操作体系 SNIX。

科研形式上,李国杰派了一支 6 人小队到美国硅谷。他把这种“借树开花、借腹生子”的做法称为“洋插队”——运用国外协作配套完善的大环境,加快并行核算机的研发。

(曙光超级核算机研发现场,图片来自科学报)

1993 年 10 月,曙光一号超级核算机诞生,峰值运算速度达每秒 6.4 亿次,在多个技能上都取得了打破,比方选用全对称同享存储多处理结构、操作体系中心完结并行化。

并且,曙光一号出资少(直接研发经费只要 200 万元)、研发周期短(从正式开发到效果鉴定只要一年半)、产品化程度高,与我国曩昔的超级核算机研发构成鲜明对比。1994 年,曙光一号被写进了政府作业陈述中。

1wanna995 年,智能中心又推出了曙光 1000,完结了多个榜首:榜首台自研的大规模并行处理机结构的核算机,榜首台实践运算速度打破每秒 10 亿次大关的超级核算机,榜初次独立进入商场售卖。

曩昔几十年间,我国超级核算机的研发出产都是为了满意特别部分的需求,以行政手法确认用户推行运用。曙光 1000 的研发推行最开端也是政府行为。

但在通过产品化后,曙光天潮系列(含曙光 1000 和曙光 1000A)逐步走上商品化出售的路途。

1997 年,曙光天潮 1000A 落户辽河油田。这是我国超级核算机榜初次独立进入商场,完结了国产超级核算机商品化零的打破,打破了进口产品对我国超级核算机商场的独占。

开篇说到的“玻璃房”故事,曙光用 1000A 为它画上了句号。

(曙光 1000 大规模并行核算机体系)

为了愈加习惯商场需求,曙光于 1996 年独立了出来,树立有限公司,李国杰任曙光公司董事长兼总经理,敞开了产业化的旅程。

新公司选址时,李国杰要求离中科院核算所远一点,以“断掉”心理上的依靠。所以,曙光从核算所搬到了中关村水磨西街的四合院里,紧挨着清华大学。

曙光独立时,我国互联网刚刚起步,但李国杰敏锐察觉到,互联网许多的信息服务和数据处理需求,需求超级服务器来满意。

一般,超级核算机多用于科学工程核算,寻求最高的核算速度。而超级服务器是愈加通用的高端核算机,除科学核算外,更多地用于事务处理与网络服务。

所以,超级服务器成为曙光一个重要的开展方向。

1998 年和 1999 年,曙光 2000-I 和曙光 2000-II 超级服务器相继推出,首先在我国研发成功大规模 UNIX 机群体系。

其间,曙光 2000-II 的峰值速度超越 1100 亿次。有材料闪现,美国核算机界的威望学者来观赏曙光 2000-II 后,在向美国政府写的陈述中指出,我国高功能核算机研发已从落后走到十分挨近西方的水平。

2000 年,曙光 3000 超级服务器发布,峰值速度达每秒 4032 亿次。这台超级服务器在研发初期,就被北京华大基因研讨中心“预定”,在我国超级核算机史上创下先例。

(曙光 3000 超级服务器)

曙光系列一再晋级的一起,863 方案在核算机体系研发方面的内在也发生了改动。

1999 年至 2000 年间,863 方案 306 主题进行严重课题“ 国家高功能核算环境” 。这意味着,不只要研发超级核算机,还要用所研发的机器树立高功能核算环境,更好地支撑高功能核算的运用。

每秒 4000 亿次的曙光 3000 正是这一课题的效果之一。此外,课题还树立了 5 个高功能核算中心,以此构建起国家高功能核算环境。

2002 年,“ 十一五” 863方案启动了“ 高功能核算机及中心软件” 严重专项,其首要使命是研发每秒 4 万亿次的超级核算机,研讨和打破网格要害技能。

863 方案这两次新动作,表现了我国打造超级核算机理念的改动:之前为缺少超级核算机研发技能而补课,当下愈加重视超级核算机资源的整合和运用。

相应地,超级核算机的研发形式也在改动。从“ 十五” 863方案开端,超级核算机的研发打破了曩昔定向托付一家承当的做法,引入了比赛机制。比方,研发 4 万亿次超级核算机这一使命,一起落在了联想和曙光上。

联想榜首台超级核算机是 2002 年研发成功的深腾 1800,峰值运算速度为 1 万亿次。2003 年,联想首先研发成功深腾 6800,峰值速度达 5.3 万亿次,在 2003 年 11 月 TOP500 榜单中排第 14 位。

(联想深腾 6800 超级核算机)

2004 年,曙光 4000A 也顺畅诞生,峰值速度可达 11.2 万亿次。在 2004 年 6 月 TOP500 排名中,曙光 4000A 位列第十。这是 863 方案研发的超级核算机初次进入国际前十。

(曙光 4000A)我国超算的里程碑

2008 年对我国、对我国超级核算机界来说,都是一个十分重要的年份。

这一年,北京举办了奥运会。开幕式上,李宁脚踏“祥云”在“空中跑道”奔驰时,一副我国式画卷沿“空中跑道”打开。

这幅画卷的数字影像正是由 233 万亿次的曙光 5000A 核算而成的。

这台有着“魔方”之称的超级核算机,是其时除美国以外国际上最快的高功能核算机体系。但“魔方”也仅是“十一五”863方案的一个阶段性效果。

2006 年,“十一五”863方案设立了 “高效能核算机及网格服务环境” 严重项目,将研发千万亿次高效能核算机列为首要方针之一。

“超级核算机的开展规律是每 10 年功能进步 1000 倍。2000 年的国际先进水平是 1 万亿次,到 2010 年肯定会到达千万亿次级。要占据制高点,有必要赶快开端研发千万亿次核算机。” 上文说到的银河一号总规划师杨学军说。

2004-2006 年间,我国最快的超级核算机曙光 4000A,运转速度只要 11.2 万亿次。一步跨越到千万亿次超级核算机不太实践。因而,千万亿次超级核算机的研发分两步走。

榜首阶段,曙光和联想别离研讨百万亿次超级核算机,为千万亿次超级核算机堆集经历。第二阶段,中科院核算所和曙光、国防科技大学和浪潮、国家并行核算中心和无锡江南核算所别离研发千万亿次超级核算机。

2008 年,233 万亿次的曙光 5000A 和 157 万亿次的深腾 7000 相继上台。前者位在 TOP500 中排名 10,后者在 TOP500 中排名 19。

曙光 5000A 和深腾 7000 的诞生意味着,我国成为全球第二个有才能研发百万亿超级核算机的国家。

但美国仍是走得更快些,2008 年上半年 IBM 就推出了千万亿次的走鹃,比杨学军猜测的 2010 年还要早。

第二阶段的尽力在 2009-2010 年间看到了效果。国防科技大学和浪潮联合研发的千万亿次超级核算机分两期完结研发,2009 年诞生了银河一号,峰值运转速度 1206 万亿次。

2010 年,第二期银河一号 A 研发成功。在 11 月的 TOP500 排名中,银河一号 A 以每秒 4700 万亿次的峰值运转速度、2566 万亿次继续运转速度值,把美国的橡树岭国家实验室的美洲虎比了下去。

这是一个里程碑式的事情——我国自研的超级核算机,榜初次在超级核算机 TOP500 榜单中名列榜首。

银河一号还在国际上带起了一个新的超级核算机体系结构。

传统构建超级核算机的办法是集成更多的 CPU,但添加 CPU 数量遭到功耗、占地面积、体系可靠性方面的约束。

“按传统办法构建一台每秒百亿亿次超级核算机,需求占地 1.3 万平方米,将近两个足球场那么大;需求用电 320 兆瓦,相当于一个大中型城市的用电量”。

银河一号总规划师杨学军没有沿袭传统办法,而是首先选用了 CPU+GPU 异构交融的体系结构,榜初次从工程完结上证清楚 GPU 能够被用于超级核算机。

由于这种结构能耗低、成本低、集成度高,很快国际上就掀起了一股异构超级核算机的热潮。

中科院核极彩彩票平台登录网址-科技创新70年丨中国超级计算进击史算所和曙光研发的曙光 6000(星云)也不遑多让。这台超级核算机到达了 1271 万亿次的峰值功能,在 2010 年 11 月的 TOP500 中位居第三,排在银河一号 A 和美洲豹之后。

无锡江南核算技能研讨所研发的威风蓝光,也到达了 1100 万亿次的峰值运算速度。

三个千万亿超级核算机中,威风蓝光尽管运算速度较慢,但它是仅有全面选用我国自研 CPU “申威”的机器。

自研的 CPU 能够支撑起速度抢先的超级核算机,这件事的重要性在近几年越发闪现。

“芯”的战役,不变的规律

2019 年 6 月,继中兴、华为之后,美国特朗普政府将制裁锋芒瞄准了我国超算范畴 5 家组织。

美国商务部工业和安全局发布公告称,将把中科曙光、成都海光集成电路规划公司、成都海光微电子技能公司、天津海光信息技能公司和无锡江南核算技能研讨所列入实体清单。

三家海光系企业都是曙光的子公司,也便是说,这次制裁的方针本质只要两个:曙光和无锡江南核算技能研讨所。

事实上,早在 2015 年,国防科技大学、国家超级核算长沙中心、国家超级核算广州中心和国家超级核算天津中心就被列入到实体清单里。

从银河系列(国防科技大学)到曙光系列(中科曙光)和威风系列(江南核算技能研讨所),我国超级核算机三大系列悉数遭到美国制裁。制裁旨在卡住我国超算的“脖子”,关闭最要害的芯片。

近年来,我国和美国在超级核算机范畴的比赛越发剧烈。2013 年 6 月起,银河二号以每秒 5.49 亿亿次的峰值功能,霸榜 TOP500 3 年。2016 年 6 月,威风太湖之光以每秒 12.54 亿亿次的峰值功能接棒银河二号。直到 2018 年 6 月,美国能源部宣告建成峰值 18.77 亿亿次的 Summit,才重夺 TOP500 榜首方位。

(威风太湖之光,图片来自新华社)

国防科技大学 2015 年被美国列入实体名单后,选用英特尔至强处理器的银河二号,原定的晋级方案立刻被打断。

威风太湖之光则没有这样的忧虑。“国家期望能选用另一种技能路途来研发新的超算。新超算从布局之初的思路便是要打造具有全国产架构、自主可控的软硬件。”国家超级核算无锡中心主任、清华大学教授杨广文说。

威风太湖之光选用的 CPU 和威风蓝光的 CPU 是同一个系列——我国自研的“申威”。杨广文解说:“‘申威’系列的技能路途比较清楚而安稳,并且选用上一代‘申威’ CPU 的威风蓝光为威风太湖之光的开展做了很好的衬托和测验。”

威风系列超级核算机和“申威”系列芯片,都出自无锡江南核算技能研讨所。2003 年,当我国自研超级核算机还处在万亿次阶段时,江南核算技能研讨所为处理在超算和国防、信息安全范畴的芯片窘境,就现已开端规划自己的高功能芯片。

超级核算机技能内在杂乱,触及架构、通讯、存储、集群许多范畴,但在高水平的比赛中,芯片仍是最中心的部分。银河二号被“卡住脖子”后,在 2018 年凭借我国自研的 Matrix-2000 加快卡才完结晋级。

当下超级核算机范畴比赛焦点是 E 级(秒钟运算一百亿亿次)超算的研发,我国为此正在预备的三个方案,悉数运用国产 CPU 和加快器。

1978 年,由于“玻璃房”,我国科研人员走上了自主研发超级核算机的路途。现在中美关系紧张,美方又把芯片锁极彩彩票平台登录网址-科技创新70年丨中国超级计算进击史进了“玻璃房”。比赛的内容在变,但不变的是——唯有把握中心技能,才不会受制于人。

首要参考极彩彩票平台登录网址-科技创新70年丨中国超级计算进击史材料:

电脑报:我国榜首超级电脑炼成记

人物:追记我国巨型机之父慈云桂

AMiner:2018 超级核算机研讨陈述

中科曙光:三迁背面的故事

永立潮头,破浪前进-----庆祝中科院核算所创立四十五周年

“863”方案:一个巨大科技工程的台前幕后

回忆与展望—863方案高功能核算方向的实践

这个 “最强大脑”,对我国国防的重要性堪比 “两弹一星”!

超级核算机全球四连冠:银河二号背面故事

“威风 太湖之光” 神在何处?

“威风”超算启示录

(本文为PingWest品玩“科技立异70载——庆祝中华人民共和国树立70周年”系列出品)

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