本刊編輯部

如果將計(jì)算機(jī)比喻成在近代科學(xué)史上冉冉升起的太陽(yáng)，帶領(lǐng)人們看到希望，那么，超級(jí)計(jì)算機(jī)無(wú)疑是那最炫目的光芒。超級(jí)計(jì)算機(jī)一直以來(lái)都應(yīng)用于工業(yè)、科研、國(guó)防中最尖端的一些領(lǐng)域，對(duì)國(guó)家安全、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有舉足輕重的意義，是—個(gè)國(guó)家科技發(fā)展水平和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。

中國(guó)的計(jì)算機(jī)事業(yè)起步于20世紀(jì)50年代中期，與國(guó)外相比，晚了約10年。在計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程中，中國(guó)經(jīng)歷了各種困難，走過(guò)了一段不平凡的歷程。如今，中國(guó)已經(jīng)研制出世界上計(jì)算速度最快的高性能計(jì)算機(jī)，也成為國(guó)際上最大的微型計(jì)算機(jī)生產(chǎn)基地和主要市場(chǎng)。

中國(guó)計(jì)算機(jī)事業(yè)開(kāi)始起步

與國(guó)外計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程相同，中國(guó)計(jì)算機(jī)的發(fā)展也經(jīng)歷了從早期的基于電子管、晶體管的第一代計(jì)算機(jī)，到基于中小規(guī)模集成電路的計(jì)算機(jī)，一直到基于超大規(guī)模集成電路的計(jì)算機(jī)的過(guò)程。

1952年全國(guó)大學(xué)院系調(diào)整時(shí)，華羅庚在中國(guó)科學(xué)院數(shù)學(xué)研究所內(nèi)建立了中國(guó)第一個(gè)電子計(jì)算機(jī)科研小組，開(kāi)始了對(duì)計(jì)算技術(shù)的探索。但是在中國(guó)計(jì)算機(jī)事業(yè)初始階段，中國(guó)主要是學(xué)習(xí)、模仿蘇聯(lián)的計(jì)算機(jī)技術(shù)。

在1956年制訂實(shí)施的《1956_1967年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃》中，開(kāi)創(chuàng)中國(guó)的計(jì)算技術(shù)事業(yè)等項(xiàng)目被列為四大緊急措施。1956年6月，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所籌備委員會(huì)成立?；I備委員會(huì)確立了“先仿制，后自行設(shè)計(jì)”的原則，引進(jìn)了蘇聯(lián)的M一3計(jì)算機(jī)和63CM-||計(jì)算機(jī)圖紙資料，通過(guò)對(duì)這2臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿制與改進(jìn)，建立了中國(guó)自己的計(jì)算機(jī)科研隊(duì)伍、工業(yè)生產(chǎn)隊(duì)伍、應(yīng)用隊(duì)伍和管理隊(duì)伍。1958年8月，中國(guó)第一臺(tái)小型電子管數(shù)字計(jì)算機(jī)（103計(jì)算機(jī)）研制成功。1959年9月，中國(guó)第一臺(tái)大型通用電子管數(shù)字計(jì)算機(jī)（104計(jì)算機(jī)）研制成功。這兩種電子管計(jì)算機(jī)的相繼推出，解決了經(jīng)濟(jì)和國(guó)防等領(lǐng)域中大量的計(jì)算難題，填補(bǔ)了中國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)的空白，成為中國(guó)計(jì)算機(jī)事業(yè)起步階段的重要里程碑。

在取得已有成果的基礎(chǔ)上，中國(guó)沒(méi)有停歇，而是開(kāi)始研制第二代晶體管計(jì)算機(jī)。1964年11月，在當(dāng)時(shí)國(guó)際環(huán)境非常困難的情況下，解放軍軍事工程學(xué)院（簡(jiǎn)稱哈軍工，現(xiàn)為國(guó)防科技大學(xué)）研制成功了441-B計(jì)算機(jī)。該機(jī)是用國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體元器件研制成功的中國(guó)第一臺(tái)晶體管通用電子計(jì)算機(jī)，計(jì)算速度為8000次/秒，樣機(jī)連續(xù)工作268小時(shí)未發(fā)生任何故障。1965年6月，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算所研制成功了109乙晶體管大型通用數(shù)字計(jì)算機(jī)，運(yùn)算速度達(dá)到定點(diǎn)運(yùn)算9萬(wàn)次/秒、浮點(diǎn)運(yùn)算6萬(wàn)次/秒，所用器材全部為國(guó)產(chǎn)。2年后，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算所又研制成功109丙晶體管大型通用數(shù)字計(jì)算機(jī)，這是一臺(tái)具有分時(shí)、中斷系統(tǒng)和管理程序的計(jì)算機(jī)。這臺(tái)計(jì)算機(jī)的使用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)15年，被譽(yù)為“功勛計(jì)算機(jī)”，它為中國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展提供過(guò)大量的重要數(shù)據(jù)和決策依據(jù)。

早期計(jì)算機(jī)由于體積龐大，多在專業(yè)部門（如國(guó)防領(lǐng)域）使用。集成電路計(jì)算機(jī)是繼電子管計(jì)算機(jī)、晶體管計(jì)算機(jī)之后的第三代電子計(jì)算機(jī)，具有體積小、存儲(chǔ)容量大、計(jì)算速度快、性能穩(wěn)定可靠以及耗電量少等優(yōu)點(diǎn)。從第一代電子管計(jì)算機(jī)到第三代小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)的尺寸在不斷縮小，穩(wěn)定性在不斷提高，計(jì)算速度在不斷加快，價(jià)格也不斷降低，日益走進(jìn)普通市場(chǎng)。1971年，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算所研制成功中國(guó)第一臺(tái)小規(guī)模集成電路通用數(shù)字電子計(jì)算機(jī)111機(jī)。1976年11月，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算所研制成功大型通用集成電路通用數(shù)字電子計(jì)算機(jī)013機(jī)。

從“銀河號(hào)”到“天河號(hào)”

經(jīng)歷了20世紀(jì)50年代至70年代的發(fā)展，中國(guó)建立了從計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)到制造的較完整的工業(yè)體系，為中國(guó)計(jì)算機(jī)事業(yè)的后續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。到了20世紀(jì)80年代，隨著改革開(kāi)放的深入，中國(guó)計(jì)算機(jī)事業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研制從跟蹤國(guó)外先進(jìn)技術(shù)到實(shí)現(xiàn)技術(shù)超越。

1980年前后，中國(guó)高性能計(jì)算機(jī)研制工作開(kāi)始起步，主要按照兩條路線走：超級(jí)計(jì)算機(jī)與服務(wù)器。1983年，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算所完成大型向量機(jī)757機(jī)，計(jì)算速度達(dá)到1000萬(wàn)次/秒。同年，國(guó)防科技大學(xué)研制成功“銀河-|”巨型計(jì)算機(jī)，運(yùn)算速度達(dá)1億次/秒?！般y河-|”巨型機(jī)是中國(guó)自行研制的第一臺(tái)億次計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它的誕生使中國(guó)成為世界上為數(shù)不多能研制巨型機(jī)的國(guó)家之一。

1992年11月19日，“銀河-||”10億次巨型計(jì)算機(jī)在長(zhǎng)沙通過(guò)國(guó)家鑒定，填補(bǔ)了我國(guó)面向大型科學(xué)工程計(jì)算和大規(guī)模數(shù)據(jù)處理的并行巨型計(jì)算機(jī)的空白。

1997年6月19日，“銀河-||”并行巨型計(jì)算機(jī)在北京通過(guò)國(guó)家鑒定。該機(jī)有多項(xiàng)技術(shù)處于全國(guó)領(lǐng)先地位，綜合技術(shù)達(dá)到當(dāng)時(shí)國(guó)際先進(jìn)水平。

“銀河”系列超級(jí)計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用于天氣預(yù)報(bào)、空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)、工程物理、石油勘探、地震數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。國(guó)家氣象中心將“銀河”超級(jí)計(jì)算機(jī)用于中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)，使我國(guó)成為世界上少數(shù)幾個(gè)能發(fā)布5-7天中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的國(guó)家之一。

但是在20世紀(jì)，超級(jí)計(jì)算機(jī)的冠軍排名一直在美國(guó)和日本之間輪流轉(zhuǎn)，直到2010年11月，中國(guó)的“天河一號(hào)”榮登世界超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單第一名，世界最強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)的領(lǐng)域里終于有了中國(guó)的一席之地。

“天河一號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)是中國(guó)首臺(tái)千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)，由國(guó)防科技大學(xué)于2010年8月研制成功。作為國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心的業(yè)務(wù)主機(jī)，

“天河一號(hào)”在石油勘探、高端裝備研制、生物醫(yī)藥、動(dòng)漫設(shè)計(jì)、新能源、新材料、工程設(shè)計(jì)與仿真分析、氣象預(yù)報(bào)、遙感數(shù)據(jù)處理、金融風(fēng)險(xiǎn)分析等領(lǐng)域獲得成功應(yīng)用。

此后的數(shù)年里，“天河—號(hào)”和后續(xù)研制的“天河二號(hào)”屢次位居超級(jí)計(jì)算機(jī)排行榜首，中國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展水平取得了質(zhì)的跨越。

“神威·太湖之光”橫空出世

自“863”計(jì)劃實(shí)施以來(lái)，國(guó)家高度重視并且支持超級(jí)計(jì)算系統(tǒng)的研發(fā)，但由于基礎(chǔ)薄弱、起步較晚，在國(guó)際上經(jīng)常受制于人，美國(guó)更是在2015年宣布對(duì)中國(guó)禁售高性能處理器。但是，“神威·太湖之光”的橫空出世，成功地打破了美國(guó)的封鎖，證明中國(guó)人完全有能力用自己的處理器構(gòu)建世界最高性能的超級(jí)計(jì)算機(jī)。

“神威·太湖之光”超級(jí)計(jì)算機(jī)是由國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心研制、安裝在國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心的超級(jí)計(jì)算機(jī)。該計(jì)算機(jī)由40個(gè)運(yùn)算機(jī)柜和8個(gè)網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜組成。每個(gè)運(yùn)算機(jī)柜比家用的雙門冰箱略大，打開(kāi)柜門，4塊由32塊運(yùn)算插件組成的超節(jié)點(diǎn)分布其中，每個(gè)插件由4個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)板組成，每個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)板又含2塊中國(guó)自主研發(fā)的“申威26010”高性能處理器?！吧裢ぬ狻背?jí)計(jì)算機(jī)共安裝了40960塊“申威26010”處理器，該處理器采用64位自主申威指令系統(tǒng)，峰值性能為12.5億億次/秒，持續(xù)性能為9.3億億次，秒。

2016年6月20日，在法蘭克福世界超算大會(huì)上，國(guó)際TOP500組織發(fā)布的榜單顯示，“神威·太湖之光”超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)登頂榜單之首，不僅速度比第二名“天河二號(hào)”快出近2倍，其效率也提高3倍;11月14日，在美國(guó)鹽湖城公布的新一期TOP500榜單中，“神威·太湖之光”以較大的運(yùn)算速度優(yōu)勢(shì)輕松蟬聯(lián)冠軍;11月18日，我國(guó)科研人員依托“神威·太湖之光”超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用成果首次榮獲戈登·貝爾獎(jiǎng)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)高性能計(jì)算應(yīng)用成果在該獎(jiǎng)項(xiàng)上零的突破。

2017年5月，科學(xué)技術(shù)部高技術(shù)中心在無(wú)錫組織了對(duì)“神威·太湖之光”計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課題的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收。專家組經(jīng)過(guò)認(rèn)真考察和審核，一致同意其通過(guò)技術(shù)驗(yàn)收;11月13日，全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單公布，“神威·太湖之光”以每秒9.3億億次的浮點(diǎn)運(yùn)算速度第四次奪冠。

2018年11月12日，新一期全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單在美國(guó)達(dá)拉斯發(fā)布，“神威·太湖之光”位列第三名。

“中國(guó)已在這場(chǎng)比賽中大幅領(lǐng)先?！泵绹?guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室副主任西蒙稱，超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的每一個(gè)部件均在中國(guó)本土制造意義重大。該實(shí)驗(yàn)室是超級(jí)計(jì)算機(jī)的主要用戶，協(xié)助編制全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)名單?！癟OP500”網(wǎng)站也評(píng)論說(shuō)，“神威·太湖之光”結(jié)束了中國(guó)只有依靠西方技術(shù)才能在超算領(lǐng)域拔得頭籌的時(shí)代。

“憑借一套搭載本土自主研發(fā)處理器芯片的世界一流超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，中國(guó)鞏固了在這一計(jì)算機(jī)最高領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位?！薄度A爾街日?qǐng)?bào)》曾在2016年刊發(fā)報(bào)道稱，“神威·太湖之光”是中國(guó)首臺(tái)未使用美國(guó)芯片技術(shù)且運(yùn)行速度排名世界第一的計(jì)算機(jī)，“此前位列第一的‘天河二號(hào)使用了英特爾公司研發(fā)的芯片，去年美國(guó)出臺(tái)的一項(xiàng)出口禁令使該系統(tǒng)未能獲得升級(jí)所需芯片?！?/p>

正如《華爾街日?qǐng)?bào)》所說(shuō)，我國(guó)“863”計(jì)劃持續(xù)支持超級(jí)計(jì)算系統(tǒng)的研發(fā)，但在處理器設(shè)計(jì)制造方面，相當(dāng)一段時(shí)間都不能擺脫受制于人的局面。美國(guó)的出口禁令短期內(nèi)可能造成“天河二號(hào)”升級(jí)計(jì)劃拖延，但從長(zhǎng)期來(lái)看，這反而是倒逼我國(guó)推進(jìn)超算國(guó)產(chǎn)化戰(zhàn)略的重要機(jī)遇，“神威·太湖之光”就是一個(gè)很好的證明。

可以預(yù)期，也可以看到，中國(guó)的發(fā)展有無(wú)限種可能，中國(guó)人的創(chuàng)造精神和鉆研精神就像即將點(diǎn)燃的小宇宙一樣。中國(guó)在超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先地位，是幾代中國(guó)人通過(guò)拼搏奮斗、艱苦創(chuàng)造得來(lái)的，我們將繼續(xù)保持這種優(yōu)勢(shì)技術(shù)地位，開(kāi)創(chuàng)一個(gè)更加光明燦爛的超算時(shí)代！

（責(zé)任編輯：張潔白玉磊責(zé)任校對(duì)：趙夢(mèng)祺）