勇攀巅峰
　　
　　——写在“天河一号”获得国家科技进步奖特等奖之际

　　压题图：天河一号超级计算机系统。 通讯员 摄

　　1月9日，2014年度国家科技进步奖评奖揭晓，由国防科技大学计算机学院研制的我国首台千万亿次超级计算机系统——“天河一号”获得特等奖。

　　此刻，在位于湖南大学校内的国家超级计算长沙中心，“天河一号”一如往常地高速运转，指示灯频频闪烁，繁忙运算发出的蜂鸣声，仿佛演奏着一曲自主创新攀高峰的凯歌。

　　当今世界，超级计算机被视为高技术的战略制高点，是衡量一个国家综合国力的标志，面对国际超算领域的严峻挑战和我国对高性能计算的迫切需求，国防科大计算机学院瞄准前沿，积极展开千万亿次级超级计算机系统的基础研究与技术攻关，相继突破了一系列核心关键技术，毅然吹响了向千万亿次超级计算机进军的集结号。

　　湖南日报记者 周小雷

　　通讯员 王握文 于冬阳

　　为国受命，将五星红旗插上超算世界之巅

　　超级计算一直是西方发达国家垄断的领域。天河团队中的任何一员，都不会忘记这段令国人蒙羞的往事：上世纪70年代末，我国某研究所从国外进口了一台高性能计算机，外方以保密为由，要求为这台机器建一个“玻璃房子”，不让我方技术人员进入……

　　“中国要搞四个现代化，不能没有巨型计算机！”1978年，邓小平同志把研制巨型计算机的任务交给国防科大时，语出振聋发聩。从此，天河团队的“超算梦”就与实现中华民族伟大复兴的“中国梦”紧紧连在了一起。

　　以慈云桂教授为代表的科研人员为国受命。他们艰苦探索、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。

　　从“银河”到“天河”，天河团队逐梦超级计算世界之巅的脚步匆匆。2005年，国内超级计算机才刚刚突破10万亿次，天河人就吹响了进军千万亿次超级计算机系统、抢占超级计算战略制高点的冲锋号。当我国将发展高端信息技术列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要》时，国防科大计算机学院凭借充分的技术储备和可行的研制方案，成功申报了“千万亿次高效能计算机系统研制”国家“863”计划重大项目。经科技部批复，该校与天津滨海新区达成科技合作协议，联合建设以千万亿次计算机为业务主机的国家超级计算天津中心。

　　“天河一号”总指挥、总设计师、国防科大校长杨学军院士说：“这次冲锋，是天河人对世界科技革命发展趋势的深刻洞察，是瞄准国家发展战略需求的壮丽出征。”

　　这次出征，天河团队创造了CPU和GPU相结合的异构融合计算体系结构，突破了一系列核心关键技术，研制成功了4700万亿次“天河一号”超级计算机，2010年11月，首次将五星红旗插上超级计算的世界之巅。

　　国之重器，助力国计民生大发展

　　“天河一号”研制成功后，迅速在国家超级计算天津中心、长沙中心和广州中心投入运行，广泛应用于大科学、大工程以及产业升级和信息化建设，在石油勘探、生命基因、新材料、气候变化与气象预报等20多个领域获得成功应用，取得显著经济和社会效益。

　　谈起“天河一号”的优越性能，国防科大计算机学院院长廖湘科自豪地说：“这是国家战略需求牵引、任务使命驱动所创造的奇迹。与国外同类先进超级计算机系统相比，天河一号的计算速度领先，互连技术领先，计算密度领先，应用面更广。”

　　依托4700万亿次每秒的超级运算速度，“天河一号”真正实现了“算天、算地、算人”。

　　生活在现代的人们，离不开石油几乎像离不开水一样。可石油在哪呢？一想到这个问题，人们的头脑中就会出现背着沉重设备的地质勘探人员，拿着小铁锤在江河湖畔的岩石间敲敲打打的场面。快速发展的计算机技术早已把这种原始的“找油”方法送进了历史博物馆。运用“天河一号”对人造地震波的反射数据进行科学计算，建立大范围三维地质模型，就可以还原某地区的地质构造，进而确定石油、天然气的具体方位及储量。

　　国家超算天津中心与国内相关研究机构强强联合，成立了“天河石油物探计算中心”，成功设计出拥有完全自主知识产权的石油三维立体偏移软件，扭转了在该领域受制于人的局面，推动了产业技术进步与协同创新。

　　基于“天河一号”的这些技术优势，中石油东方地球物理公司先后完成了多块上千平方公里的大连片、高频次覆盖的大数据项目。

　　国家超算天津中心主任刘光明告诉记者，“天河一号”目前有重点用户600多家，每天有1000多个计算任务在“天河一号”上运行，平均利用率达到82%，其应用水平进入世界先进行列。

　　2014年8月28日，国家超级计算天津中心举行天河建筑信息模型（BIM）产业园揭牌暨天河建筑信息云平台发布仪式，这是我国首次以超级计算机为平台，建成的第一个集建筑规划、三维设计、造价精算、模拟分析、施工管理、运行维护等于一体的建筑信息模型产业园，标志着天河超级计算机推广应用又迈上了一个新台阶。

　　在国家超算长沙中心，自2011年试运行以来，主要用户已近50家，涉及科学研究、公共服务、工业产业和文化产业等领域。该中心副主任李肯立说，需要用超级计算机的地方很多，最常见的天气预报、城市交通、医疗卫生等等，都离不开它。

　　“一些大型机械制造企业，经常需要用到超级计算机。”李肯立说，生产长臂起重机、泵车的企业，就需要用超级计算机分析受力情况，国内有些企业以前跟国外合作，现在转到长沙的超算中心，可以节省60%的费用。

　　超常付出，依靠创新领跑世界

　　短短几年之内，“天河一号”高性能计算创新团队创造的奇迹让世人震惊。

　　“‘天河一号’的成功，靠的是研发团队争分夺秒、只争朝夕的超常付出。”科研团队的一位专家告诉记者，强烈的忧患意识和为国争光的责任感，时刻激励着大家。研制的几年时间里，研发人员没有休过完整的周末和节假日，每天都是三班倒，机房1年365天灯火通明。每逢关键技术攻关时，一“闭关”就是大半年，起早贪黑，连家人都见不着。

　　记者了解到，从实现我国巨型机“零”的突破，到一跃登上世界之巅，国防科大计算机学院这支曾被中央军委授予“科技攻关先锋”荣誉称号的创新团队，付出了艰辛的努力，依靠科技创新在世界高技术领域书写了浓墨重彩的一笔。

　　“以前，工程领域的研究以团队为主，但基础研究往往是个体行为。有了群体项目的牵引，基础研究和工程研究的人能围绕一个共同目标来提炼课题，基础研究的很多成果直接应用于工程中，而工程中遇到的难题则成了基础研究的课题。”国防科大校长杨学军颇有感触。

　　当他们按照异构协同的设计思想将两类处理器捆绑起来，第一次进行异构协同计算试验时，GPU只能发挥出20%的计算效率。虽然这是当时的世界水平，但用户依然担心这样的速度无法满足需求。于是，如何提高GPU的计算效能成为群体基础研究的课题。最终，科研人员采用混合语言编程等技术，实现了计算核心异构协同、系统资源有效配置，一举将GPU的计算效率提高到67％。

　　正是这一加速性能的提高，让“天河一号”以峰值运算速度每秒4700万亿次，拿到世界超级计算机500强排行榜的第一名。

　　在“天河一号”的研制过程中，每当遇到技术瓶颈时，大家总是群策群力，集智攻关，以至于很多设计思想、创新点子说不清到底该属于谁，成果即便获奖，也只能署少数人的名字。面对荣誉得失，大家总是胸怀坦荡：“能参与这样大的国家工程，我们感到无比自豪。”