1983年12月22日，中國第一臺每秒鐘運(yùn)算一億次以上的“銀河”巨型計(jì)算機(jī)，由國防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)研究所在長沙研制成功。它填補(bǔ)了國內(nèi)巨型計(jì)算機(jī)的空白，中國成為繼美國、日本之后，第三個能獨(dú)立設(shè)計(jì)和制造巨型計(jì)算機(jī)的國家。標(biāo)志著中國進(jìn)入了世界研制巨型計(jì)算機(jī)的行列。

基本定義

1978年3月，鄧小平代表黨中央作出決定，億次巨型計(jì)算機(jī)由國防科技大學(xué)搞。慈云桂擔(dān)任了這一任務(wù)的總指揮和總設(shè)計(jì)師。他們充分利用對外開放的有利條件，設(shè)計(jì)出既符合中國國情又與國際主流巨型機(jī)兼容的中國億次巨型機(jī)總體方案。組織精兵強(qiáng)將攻關(guān)，在新技術(shù)、新工藝、新理論的探索中，終于使"銀河"億次巨型機(jī)比國際主流巨型機(jī)在10個方面有了創(chuàng)造性的發(fā)展，填補(bǔ)了國內(nèi)巨型機(jī)的空白，使我國成為世界上少數(shù)幾個擁有研制巨型計(jì)算機(jī)的國家之一，并在石油勘探、氣象預(yù)報(bào)和工程物理研究等研究領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。他最早倡導(dǎo)在中國開展智能計(jì)算機(jī)的研究，負(fù)責(zé)組建了中國計(jì)算機(jī)學(xué)會智能計(jì)算機(jī)專業(yè)組，并成功主持了新一代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)國際學(xué)術(shù)會議。

研究背景

但是在中國，20世紀(jì)80年代以前除了有被稱作“儀器”的電子管計(jì)算機(jī)和晶體管計(jì)算機(jī)外，還沒有每秒計(jì)算速度能達(dá)到千萬次的巨型計(jì)算機(jī)。1978年中國第一次向南太平洋發(fā)射的運(yùn)載火箭，用的還是運(yùn)算速度僅百萬次的計(jì)算機(jī)。面對日新月異的發(fā)展需求，一個泱泱大國如果再不具備可以和發(fā)達(dá)國家一比高低的巨型計(jì)算機(jī)，那不僅是一個可悲的現(xiàn)實(shí)，而且還會帶來一個可悲的將來，這對立志于中華騰飛的新一代領(lǐng)導(dǎo)人和中國的知識分子來說，是一個沉重的壓力。

在現(xiàn)實(shí)中，由于國家沒有巨型計(jì)算機(jī)，防汛部門就無法對復(fù)雜的氣候進(jìn)行中長期預(yù)報(bào)。所以，有幾次洪峰突然襲來，事先沒有準(zhǔn)備，使人民的生命財(cái)產(chǎn)蒙受巨大損失。同樣也是由于沒有巨型計(jì)算機(jī)，石油部門每年要將勘探出來的大量石油礦藏?cái)?shù)據(jù)和資料用飛機(jī)送到國外去作三維處理，不僅花費(fèi)昂貴，而且國家的資源情況首先被外國人掌握。這實(shí)在讓中國人、特別是中國的計(jì)算機(jī)專家們赧顏。

銀河系列

銀河—Ⅰ　1983年11月我國第一臺被命名為“銀河”的億次巨型電子計(jì)算機(jī)，歷經(jīng)5年，在國防科技大學(xué)誕生了。它的研制成功，向全世界宣布：中國成了繼美、日等國之后，能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)和制造巨型機(jī)的國家。

銀河—Ⅱ　1992年11月19日，由國防科技大學(xué)研制的“銀河—Ⅱ”10億次巨型計(jì)算機(jī)在長沙通過國家鑒定。填補(bǔ)了我國面向大型科學(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。

銀河—Ⅲ　1997年6月19日，由國防科技大學(xué)研制的“銀河—Ⅲ”并行巨型計(jì)算機(jī)在京通過國家鑒定。該機(jī)采用分布式共享存儲結(jié)構(gòu)，面向大型科學(xué)與工程計(jì)算和大規(guī)模數(shù)據(jù)處理，基本字長64位，峰值性能為130億次。該機(jī)有多項(xiàng)技術(shù)居國內(nèi)領(lǐng)先，綜合技術(shù)達(dá)到當(dāng)前國際先進(jìn)水平。

研發(fā)歷史

研發(fā)背景

慈云桂擔(dān)任了“銀河-1號是巨型計(jì)算機(jī)”研制的總指揮和總設(shè)計(jì)師。他最早倡導(dǎo)在中國開展智能計(jì)算機(jī)的研究，負(fù)責(zé)組建了中國計(jì)算機(jī)學(xué)會智能計(jì)算機(jī)專業(yè)組，并成功主持了新一代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)國際學(xué)術(shù)會議。

他們充分利用對外開放的有利條件，設(shè)計(jì)出既符合中國國情又與國際主流巨型機(jī)兼容的中國億次巨型機(jī)總體方案。組織精兵強(qiáng)將攻關(guān)，在新技術(shù)、新工藝、新理論的探索中，終于使"銀河"億次巨型機(jī)比國際主流巨型機(jī)在10個方面有了創(chuàng)造性的發(fā)展，填補(bǔ)了國內(nèi)巨型機(jī)的空白。

過程記錄

在國防科大計(jì)算機(jī)學(xué)院寬敞、明亮的“銀河”機(jī)房里，矗立著一臺由7個機(jī)柜組成的圓柱形機(jī)器。這就是該校于1983年12月研制成功的我國第一臺巨型計(jì)算機(jī)。她的誕生，標(biāo)志著中國成為繼美、日等少數(shù)國家之后，能獨(dú)立設(shè)計(jì)和制造巨型機(jī)的國家。

1978年，黨的十一屆三中全會召開，拉開了改革開放的序幕；黨中央、國務(wù)院決定在原“哈軍工”的基礎(chǔ)上組建國防科技大學(xué)；也是這一年，我們開始了我國首臺巨型計(jì)算機(jī)的研制工作。為什么要研制自己的巨型計(jì)算機(jī)？鄧小平同志的講話擲地有聲：“中國要搞四個現(xiàn)代化，不能沒有巨型機(jī)！”

胡教授說，改革開放前，由于沒有高性能的計(jì)算機(jī)，我國勘探的石油礦藏?cái)?shù)據(jù)和資料不得不用飛機(jī)送到國外去處理，不僅費(fèi)用昂貴，而且受制于人。當(dāng)我國提出向某發(fā)達(dá)國家進(jìn)口一臺性能不算很高的計(jì)算機(jī)時，對方卻提出:必須為這臺機(jī)器建一個六面不透光的“安全區(qū)”，能進(jìn)入“安全區(qū)”的只能是巴黎統(tǒng)籌組織的工作人員。外國人明擺著是在卡我們的脖子?。?/p>

1978年3月，全國第一次科學(xué)大會在北京召開，中國迎來了科學(xué)的春天。此后，中央在重要會議上，正式下決心研制巨型計(jì)算機(jī)，以解決我國現(xiàn)代化建設(shè)中的大型科學(xué)計(jì)算問題。主持會議的鄧小平同志將這一任務(wù)交給了國防科委，并點(diǎn)名要國防科大承擔(dān)研制任務(wù)。時任國防科委主任的張愛萍上將向鄧小平立下了軍令狀：一定盡快研制出中國的巨型計(jì)算機(jī)。

時任國防科大計(jì)算機(jī)研究所所長的慈云桂教授聽到這消息，連聲說:好，好，就等著這一天呀！國防科委副主任張震寰對國防科大提出的要求是：運(yùn)算速度一次不能少；研制時間一天不能多。

研制巨型計(jì)算機(jī)，談何容易？胡教授回憶道：改革開放之初，我國技術(shù)落后，資料匱乏，西方國家又對我們實(shí)行技術(shù)封鎖，了解國外研制巨型機(jī)的情況十分有限。國防科大雖然是國內(nèi)最早研制計(jì)算機(jī)的單位，但此前為遠(yuǎn)望號測量船研制的“151”機(jī)，每秒運(yùn)算速度只有100萬次，要研制每秒運(yùn)算一億次的機(jī)器，計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度一下要提高100倍，其困難不言而喻。

但是，困難沒有嚇倒我們。當(dāng)時，大家只有一個信念，全力以赴造出自己的巨型機(jī)，大家把它叫“爭氣機(jī)”，就是要爭一口氣，不讓外國人再卡我們的脖子。

研制工作迅速展開之后，各種復(fù)雜技術(shù)問題隨之冒了出來。走什么樣的技術(shù)路線？采取什么樣的體系結(jié)構(gòu)？如何實(shí)現(xiàn)每秒一億次的運(yùn)算速度？問題像一個個“攔路虎”。天道酬勤，5年沒日沒夜的頑強(qiáng)拼搏，以慈云桂所長為代表的科研人員，闖過了一個個理論、技術(shù)和工藝難關(guān)，攻克了數(shù)以百計(jì)的技術(shù)難題，創(chuàng)造性地提出了“雙向量陣列”結(jié)構(gòu)，大大提高機(jī)器的運(yùn)算速度，提前一年完成了研制任務(wù)，系統(tǒng)達(dá)到并超過了預(yù)定的性能指標(biāo)，機(jī)器穩(wěn)定可靠，且經(jīng)費(fèi)只用了原計(jì)劃的五分之一。

張愛萍親自揮筆將巨型計(jì)算機(jī)命名為“銀河”，1983年12月26日，我國第一臺命名為“銀河”的億次巨型計(jì)算機(jī)正式通過國家技術(shù)鑒定，這是改革開放初期在科技領(lǐng)域取得的一個重大成果。

巨型計(jì)算機(jī)

巨型計(jì)算機(jī)是運(yùn)算速度最快、性能最高、技術(shù)最復(fù)雜的一類計(jì)算機(jī)，簡稱巨型機(jī)，也稱超級計(jì)算機(jī)。它是計(jì)算機(jī)型譜中的最高檔機(jī)型。巨型計(jì)算機(jī)主要用于解決大型計(jì)算機(jī)也難以解決的復(fù)雜問題。它是解決科技領(lǐng)域中某些巨大的挑戰(zhàn)性問題的關(guān)鍵工具。

概括地講，它是在當(dāng)代生產(chǎn)工藝的條件下，采用最先進(jìn)的技術(shù)、工藝設(shè)計(jì)生產(chǎn)出來的當(dāng)時功能最強(qiáng)、運(yùn)算速度最快、存儲容量最大、面向科學(xué)與工程的最高檔次的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。巨型計(jì)算機(jī)的研制與應(yīng)用，是國際上高技術(shù)開發(fā)的-一個重要領(lǐng)域。超級計(jì)算機(jī)在國家安全、科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面，具有特殊的重要性。它是國力的象征之一，是中華民族立于世界民族之林所必需的技術(shù)，是高科技發(fā)展的推動力。

國際上巨型機(jī)的研制起步于20世紀(jì)60年代。1976年美國CRAY-1巨型計(jì)算機(jī)研制成功，標(biāo)志著巨型機(jī)走上了成熟和商品化階段。之后，世界巨型機(jī)有了飛速發(fā)展，以CRAY系列為例，1983年推出CRAYX-MP雙處理機(jī)并行巨型系列機(jī)，向量峰值速度為每秒10億次以上，內(nèi)存容量8兆字。1985年后，巨型機(jī)的向量峰值速度和內(nèi)存量更快也更大。

巨型計(jì)算機(jī)通常由主機(jī)系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)和前端機(jī)系統(tǒng)組成。巨型計(jì)算機(jī)的核心是主機(jī)系統(tǒng)，它由高性能處理機(jī)和高速大容量主存構(gòu)成。主機(jī)的任務(wù)是完成高速運(yùn)算。輸入輸出系統(tǒng)獨(dú)立于主機(jī)，并行管理輸入輸出，向主機(jī)提供算題作業(yè)和運(yùn)算所需的數(shù)據(jù)，接收主機(jī)的運(yùn)算結(jié)果，并負(fù)責(zé)管理全部聯(lián)機(jī)外圍設(shè)備和接口通道。由于巨型機(jī)所加工數(shù)據(jù)的吞吐量很大，高速主存容量有限，一般還需要有半導(dǎo)體擴(kuò)存和海量存儲子系統(tǒng)。對大規(guī)模數(shù)據(jù)處理的用戶，常需聯(lián)機(jī)磁帶子系統(tǒng)或光盤子系統(tǒng)作為大量數(shù)據(jù)輸入輸出的媒體。前端機(jī)系統(tǒng)是本地用戶使用巨型機(jī)的總管，用來準(zhǔn)備程序和數(shù)據(jù)，向主機(jī)發(fā)送作業(yè)，接收主機(jī)的最終處理結(jié)果，對結(jié)果進(jìn)行加工后輸出。前端機(jī)一般采用小型計(jì)算機(jī)。非本地用戶借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使用巨型機(jī)，用戶端的計(jì)算機(jī)（微型計(jì)算機(jī)、工作站等）可起前端機(jī)的作用通過網(wǎng)絡(luò)向巨型機(jī)發(fā)送作業(yè)和接收結(jié)果。

相關(guān)數(shù)據(jù)

全機(jī)底板25000條繞接線，12萬個繞接點(diǎn)，都檢查8遍以上；

全機(jī)800多塊多層印制板，每塊板上平均有5000個金屬化孔，全部進(jìn)行孔壁檢查、孔導(dǎo)通測試和絕緣測試；

全機(jī)600多塊插件板，每塊板上有三四千個焊點(diǎn)，創(chuàng)造了200多萬個焊點(diǎn)無一虛焊的奇跡。

從1983年起，國防科大邀請了石油部、國家氣象局、總參、鞍鋼等20來個單位，在巨型機(jī)上試算了42道過去在國內(nèi)其他機(jī)型上難以運(yùn)算的重大題目，都得到了圓滿的結(jié)果。1983年11月，國家技術(shù)鑒定組對巨型機(jī)的各項(xiàng)性能，進(jìn)行了我國計(jì)算機(jī)史上最嚴(yán)格的技術(shù)考核。按規(guī)定，允許主機(jī)24小時出一次故障，但在連續(xù)考機(jī)的12天里，主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)了288小時無一故障。

應(yīng)用

“銀河1號”巨型計(jì)算機(jī)其運(yùn)算速度達(dá)每秒1億次。這是我國自行研制的第一臺每秒鐘運(yùn)算億次以上的巨型計(jì)算機(jī)，使我國成為世界上少數(shù)幾個擁有研制巨型計(jì)算機(jī)的國家之一，并在石油勘探、氣象預(yù)報(bào)和工程物理研究領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

后續(xù)發(fā)展

2010年

“天河一號A”讓中國第一次擁有了全球最快的超級計(jì)算機(jī)。但因?yàn)楹罄m(xù)未再升級，很快就被擠了下來。這次的目標(biāo)是100PFlops以上，也就是每秒超過10億億次浮點(diǎn)運(yùn)算(但不知道是最大性能還是峰值性能)，而所用平臺是Intel提供的大約10萬顆Ivy Bridge-EP Xeon E5、10萬顆Xeon Phi組成的混合加速體系(另有一說總共最多10萬顆)。

如果成真，這臺超級計(jì)算機(jī)將是最快“泰坦”(Titan)的大約五倍——后者最大性能1.76PFlops、峰值性能2.7PFlops。這項(xiàng)工程受到了中國政府部門，尤其是科技部的鼎力支持，將用來輔助中國的空間探索、健康研究，特別是在未來十年內(nèi)應(yīng)對人口老齡化、城市規(guī)劃、高速交通系統(tǒng)建設(shè)等問題，以及用來解決交通擁堵的智能車牌、實(shí)時交通計(jì)算技術(shù)。

項(xiàng)目初期投資大約1億美元，用來購買計(jì)算設(shè)備，看起來很多但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。據(jù)說Intel將會提供的都是頂級產(chǎn)品，包括要在2013年下半年才會發(fā)布的高端十二核心服務(wù)器處理器Ivy Bridge-EP Xeon E5-2567W v2(大約2500美元)、最高端協(xié)處理器Xeon Phi 5110P 8GB GDDR5(估計(jì)1500-2500美元)，僅這20萬顆處理器就需要5億美元左右。再加上主板、內(nèi)存、硬盤、散熱、網(wǎng)絡(luò)、機(jī)架等各種硬件，以及系統(tǒng)、軟件和安裝、維護(hù)費(fèi)用，總成本恐怕將是個天文數(shù)字。

這臺超級計(jì)算機(jī)預(yù)計(jì)會在未來18個月內(nèi)快速完工，并安置在中國西南某個地方。中國將籍此在超級計(jì)算機(jī)領(lǐng)域稱霸很長一段時間，中國的航天事業(yè)也將得到極大的促進(jìn)，尤其是2020年載人登陸月球、2025年載人探索火星，不過其他國家也不甘落后，比如澳大利亞就在規(guī)劃1000PFlops的更恐怖超算，也就是每秒100億億次的浮點(diǎn)性能，但要過幾年才會實(shí)現(xiàn)。

評論指出，中國將籍此在超級計(jì)算機(jī)領(lǐng)域稱霸很長一段時間，中國的航天事業(yè)也將得到極大的促進(jìn)，尤其是2020年載人登陸月球、2025年載人探索火星，不過其他國家也不甘落后，比如澳大利亞就在規(guī)劃1000PFlops的更恐怖超算，也就是每秒100億億次的浮點(diǎn)性能，但要過幾年才會實(shí)現(xiàn)。

2015年

2015年4月9日，美國商務(wù)部發(fā)布了一份公告，決定禁止向中國4家國家超級計(jì)算機(jī)中心出售“至強(qiáng)”(XEON)芯片，這一決定使天河二號升級受到阻礙。

2016年

2016年6月，中國已經(jīng)研發(fā)出了世界上最快的超級計(jì)算機(jī)“神威太湖之光”，目前落戶在位于無錫的中國國家超級計(jì)算機(jī)中心。該超級計(jì)算機(jī)的浮點(diǎn)運(yùn)算速度是世界第二快超級計(jì)算機(jī)“天河二號”（同樣由中國研發(fā)）的2倍，達(dá)9.3億億次每秒。

2018年

在最新公布的榜單中“頂點(diǎn)”擴(kuò)大了領(lǐng)先優(yōu)勢，其處理器數(shù)量從228萬多個增加到近240萬個，浮點(diǎn)指令周期（PFLOPS）從半年前的每秒12.23億億次提升至每秒14.35億億次?！吧裢ぬ狻钡臄?shù)據(jù)未發(fā)生變化，浮點(diǎn)指令周期依然為每秒9.3億億次，被上期排名第三、由美能源部下屬勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的“山脊”（Sierra）超越，前10名中，美國占據(jù)5臺。

中國超算“神威·太湖之光”和“天河二號”分別位列第三、四名。

本次榜單中，美國超算上榜總數(shù)為109臺，創(chuàng)歷史新低。但在總運(yùn)算能力上，美國占比38%，中國占比31%，表明美國超算的平均運(yùn)算能力更強(qiáng)。

榜單還顯示，中國企業(yè)在全球十大超算制造商中占據(jù)了前三名，其中聯(lián)想以140臺名列冠軍，浪潮以84臺名列亞軍，中科曙光以57臺名列季軍。華為制造14臺，位列第八。

首次躋身超算十強(qiáng)的德國“超級MUC-NG“就由聯(lián)想公司制造。聯(lián)想公司稱，這臺安裝在萊布尼茨超算中心的超算采用了聯(lián)想開發(fā)的水冷技術(shù)，比氣冷技術(shù)節(jié)電45%。該超算用于天體物理學(xué)、流體動力學(xué)和生命科學(xué)等研究的同時，減少了碳排放和運(yùn)行總成本。