李沛

2020年12月4日，中國科學技術(shù)大學宣布該校潘建偉等人成功構(gòu)建76個光子的量子計算原型機“九章”，求解數(shù)學算法高斯玻色取樣只需200秒，而目前世界最快的超級計算機“富岳”要用6億年。

這一突破使我國成為繼美國之后全球第二個實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家。從早期的“算力不足恐懼癥”，到現(xiàn)在的世界領先水平，中國超算經(jīng)歷了什么？

令人酸楚的“玻璃房”

1959年，中國第一臺大型電子計算機104機試制成功，并立即應用于原子彈相關研制工作，這臺計算機每秒可完成1萬次浮點運算。同期被公認的超級計算機鼻祖，IBM公司開發(fā)的7030機，浮點運算性能約為每秒60萬次。

超級計算機，對于此時的中國人而言，還是遙不可及的夢想。

1965年9月，第九研究院理論部副主任于敏帶領幾十位研究人員趕赴上海，利用當時華東計算所剛剛研制成功的J501電子計算機開展突破氫彈原理的會戰(zhàn)，歷時三個多月。此即中國兩彈研制中里程碑意義的“百日會戰(zhàn)”。

這臺設備運算速度約為每秒5萬次，已經(jīng)是當時國內(nèi)性能最強的計算機。

氫彈原理突破17個月之后，1967年6月17日，中國成功進行了氫彈試驗，標志著中國人完全掌握了第一代核武器技術(shù)。

但是，進入20世紀70年代，核武器研究團隊得出了嚴酷的結(jié)論：“沒有運算速度達每秒一億次以上的計算機系統(tǒng)，就搞不出第二代核武器”。

1976年末，即將卸任的美國總統(tǒng)福特意外簽發(fā)了兩臺Cyber172型入門級超算對華出口許可，用于中國石油地質(zhì)勘探部門的數(shù)據(jù)處理，以此表達對中國的善意。中國第一次有了接近世界水平的高速計算設備。

然而，為了防止中方將超算用于其他領域，美方對這兩臺設備的性能做了降級處理，并設置了嚴苛的條件：機房鑰匙由美方人員掌管，上機需要美方人員審核監(jiān)督。這就是在中國超級計算機發(fā)展史上令人酸楚的“玻璃房”故事。

此后，中方又趁熱打鐵，與日立公司達成協(xié)議，購入3臺日立M系列大型計算機用于氣象預報工作。1978年2月，卡特政府批準這一出口申請，但是仍然要求日方在對華出口版本上大幅降低性能，在出口的前三年安排日方人員值守機房，中方的上機操作內(nèi)容必須向日立公司總部提交匯總報告。

旁人的冷眼與嘲笑是前進的動力，在一而再的刺激下，中國人深刻意識到自力更生是唯一出路。

“中國要搞四個現(xiàn)代化，不能沒有巨型機！”

1978年3月，中央軍委主席鄧小平親自主持了巨型計算機研制工作會議，下定決心研制中國人自己的超算，以解決國防建設等領域緊迫的大型科學計算問題。他對參會人員表示：“中國要搞四個現(xiàn)代化，不能沒有巨型機！”。

1978年5月，國防科委決定由國防科技大學承擔巨型機研制任務。中國超級計算機的研發(fā)正式展開。

超級計算機規(guī)劃性能為每秒1億次浮點運算，比中國此前研制過的最先進計算機還要快一百倍，技術(shù)跨度如此之大的研制任務在計算機發(fā)展史上是極為罕見的。

在總指揮慈云桂教授的帶領下，研發(fā)團隊選擇了當時世界第一超算——美國的Cray-1作為總體架構(gòu)參考;再自上而下拆解部件、材料和設備需求，國內(nèi)沒有的，果斷引進。

得益于正確的戰(zhàn)略和得力的執(zhí)行，巨型機項目僅僅歷時五年就完成研制任務，較原定規(guī)劃提前了整整一年，研制費用也不到原先預計的五分之一，為國家節(jié)省了大量經(jīng)費。

1983年12月26日，中國第一臺億次超級計算機“銀河一號”通過國家技術(shù)鑒定，這標志著中國成為繼美國、日本之后，第三個能獨立設計和制造超級計算機的國家。

此后，國防科大又相繼完成銀河二號、三號、四號、五號超算的研制，實現(xiàn)了運算性能從每秒億次到十億次，百億次、萬億次、十萬億次的突破。

特別是鮮為人知的銀河五號（銀河-V），計算性能與當時美國最強的超級計算機，用于完整仿真核試驗的ASCI White機組處于同一數(shù)量級，保障了中國核心國防科學計算任務的實現(xiàn)。

2009年，國防科大正式對外公開了新一代千萬億次級超級計算機——“天河”系列，令世界震動。天河一號的峰值性能達到每秒1206萬億次浮點運算，使中國成為美國之后、全球第二個能夠制造千萬億次超算的國家。

一年之后，天河一號再次創(chuàng)造了歷史。

天河一號改進型天河-1A，以峰值性能每秒4700萬億次、持續(xù)性能每秒2507萬億次的數(shù)據(jù)超越美國的美洲豹（Jaguar）超級計算機，第一次登頂世界超算TOP500排行榜。

2013年6月，天河二號超級計算機正式亮相，其峰值性能每秒5.49億億次、持續(xù)性能每秒3.38億億次的表現(xiàn)，甩開第二名美國的“泰坦”超級計算機接近一倍，毫無爭議地成為世界超算TOP500排行榜王者。

由于它性能太過領先，成為過去12年里占據(jù)TOP500榜首位置時間最長的超級計算機。

對此，美國人的反應非常直接和“本色”。2015年4月，就在天河二號“改進版”試圖將計算性能再次翻番的前夕，美國商務部決定禁止向中國4家超算機構(gòu)（國家超級計算長沙中心、廣州中心、天津中心和國防科技大學）出售英特爾芯片。

中國超算成功“登頂”

然而，這次對天河超算研制力量看似周密的“定點清除”式打擊，并沒有起到美國人預想的作用。

2016年6月，接替天河二號排行榜王座的仍然是一臺中國超算——神威·太湖之光。這臺新機的持續(xù)運算性能達到每秒9.3億億次，是天河二號的三倍。

更重要的是，神威·太湖之光沒有使用美國CPU、GPU部件，而是使用自主知識產(chǎn)權(quán)的SW26010處理器。美國的制裁長臂已經(jīng)“鞭長莫及”。

神威·太湖之光接力天河二號的同時，TOP500超算榜單上榜的中國超算一共達到了167臺，超過了美國的165臺。此前，全球沒有任何一個國家取得過如此成就。

上榜的這167臺中國超算，幾乎是清一色的國產(chǎn)品牌，而僅僅在10年前，中國市售高性能計算機的大部分份額還屬于惠普、IBM等國外廠商。

榜單上標注的中國超算還不是產(chǎn)業(yè)影響力的全部，在媒體聚光燈之外，中國廠商在國際超算市場上，也已經(jīng)不經(jīng)意間建立了絕對競爭力。

以目前最新的2020年6月TOP500榜單為例，安裝地在中國的超算達到226套，美國以114套的懸殊差距排名第二。如果進一步統(tǒng)計各國超算的生產(chǎn)地，則僅僅三家中國廠商（聯(lián)想、浪潮、曙光）就制造了榜單上超過60%的超算設備。

中國超算產(chǎn)業(yè)在全球市場已經(jīng)建立起了統(tǒng)治性份額，這種翻天覆地的變化，比榜首位置的爭奪影響更為深遠。

摘編自微信公眾號“科工力量”