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我國首臺千萬億次超級計算機系統——“天河”-Ⅰ號誕生
作者:柯普 責任編輯:姚云炤 來源:《鐵軍》 日期:2014-09-12 瀏覽次數:7890
2009年10月29日,中國首臺千萬億次超級計算機,在湖南長沙國防科技大學誕生,使中國擁有了歷史上計算速度最快的工具,成為繼美國之后世界上第二個能夠研制千萬億次超級計算機系統的國家。
“算盤”,這一古老計算器發明者是中國人。美國人發明了世界上第一臺電子計算機,并建立了“阿帕”網(互聯網)。2009年10月29日,中國首臺千萬億次超級計算機,在湖南長沙國防科技大學誕生,使中國擁有了歷史上計算速度最快的工具,成為繼美國之后世界上第二個能夠研制千萬億次超級計算機系統的國家。
從“埃尼阿克”到“天河”-Ⅰ號
1946年2月14日,世界上第一臺電子計算機“埃尼阿克”(ENIAC),由兩位美國工程師艾克特和莫克利在賓夕法尼亞大學一間食堂大廳里“組裝”起來。這個“龐然大物”用去了17468個真空管,800多千米的導線,1萬只電阻和1萬只電容器,重30噸,有5.5米高,24米長,占地170平方米,每秒能進行5000次的運算。
“埃尼阿克”,雖然體積龐大,但它的計算速度在當時已經非常驚人。用它完成1次10位數的乘法運算,只需要3毫秒,用它來計算炮彈從發射到彈道軌道40點曲線的位置,也只需3秒,比人工計算(約7小時)的速度提高了8400倍,比當時的機電式計算機的速度提高了100倍。
自“埃尼阿克”問世以來,計算機已經發展到了第五代:第一代為電子管計算機時代(1946-1954),采用電子管存儲器件,計算機可以完成定點運算,可以用機器語言匯編語言程序,機器語言由二進制代碼組成;第二代為晶體管計算機時代(1955-1964),使用晶體管存儲器件,不僅使計算機的體積大大減少,而且提高了運算速度和存儲容量;第三代為集成電路計算機時代(1965-1974);第四代為大規模、超大規模集成電路計算機(20世紀70年代初至今),使用大規模集成電路、MOS高速大容量存儲器,在系統結構和軟件方面有了革命性發展;第五代將是正在研制開發的智能型計算機。科學家戈登·摩爾曾經預言,計算機更新換代的周期,以16年、8年、4年、2年的間隔在縮短,而每代計算機的運算速度和存儲容量卻以16倍、256倍、6.4萬倍、41億倍的指數關系曲線急速遞增。
“天河”-Ⅰ號作為中國高技術研究發展計劃(863計劃)中的一個重大項目,設計始于2008年。由200多人平均年齡為36歲的“天河”團隊組成,首次嘗試了軍地合作、多家單位協同攻關的開發模式。采用了多陣列可配置協同并行體系結構、高速率可擴展互連通信、高效異構協同計算、基于隔離的安全控制、虛擬化的網絡計算支撐、多層次的大規模系統容錯、系統能耗綜合控制等一系列關鍵技術,系統峰值性能達每秒1206萬億次,內存總容量98TB,點點通信帶寬每秒40GB,共享磁盤容量為1PB,具有高性能、高能效、高安全和易使用等顯著特點,綜合技術水平進入世界前列。在2009年11月18日第34屆全球超級計算機前500強排行榜上,“天河”-Ⅰ號名列世界第五、亞洲第一。這是我國的超級計算機在國際排行榜上的歷史最好成績。
從1946年的“埃尼阿克”到如今的“天河”-Ⅰ號,只有短短63年,在時間長河里,可以說是“彈指一揮間”,而計算機的運算速度,卻提速再提速!計算機的存儲容量,也拓展再拓展!!
從百億次級到千萬億次級
我國在計算機的研制方面,可以說是突飛猛進,一步一個腳印。1983年研制成功的“銀河”-Ⅰ號, 每秒運算速度(峰值)1億次;1992年的“曙光”-Ⅰ號,每秒運算速度6.4億次;1994年的“銀河”-Ⅱ號,每秒運算速度10億次;1997年的“銀河”-Ⅲ號,每秒運算速度130億次;1999年的“神威”-Ⅰ號,每秒運算速度3840億次;2002年研制成功的“深騰”1800,每秒運算速度1萬億次;2007年的“神威”3000A,每秒運算速度18萬億次;2008年的“曙光”5000A,每秒運算速度230萬億次;2009年的“天河”-Ⅰ號,每秒運算速度達到1206萬億次。從“銀河”-Ⅲ號到“天河”-Ⅰ號,意味著我國的高性能計算機從百億次邁入了千萬億次大關,走了一條世界上全新的路子。
“天河”-Ⅰ號的每秒1206萬億峰值性能,意味著它計算一天,一臺當前主流微機得算160年。如果中國13億人每人照一個精度很高的照片,可以全部儲存下來。“天河”-Ⅰ號由103臺機柜組成,每個機柜占地1.44平方米、高2米、重1.5噸,系統總重量相當于19個“神舟”飛船。放置“天河”-Ⅰ號,需要一個近1000平方米的房間。“天河”-Ⅰ號目前投資為6億元,從信息技術的發展速度預計,使用壽命為10年。
超級計算機代表了當代信息技術的最高水平,是服務于大系統、大工程、大科學的一個必不可少的工具。你想想,設計火箭總不能在筆記本電腦上進行吧?比如“銀河”-Ⅰ號,就在石油勘探、氣象預報、航天器設計上起到了支撐作用。再如,研制一種新藥,從化合物篩選到臨床試驗,一般需要10到15年的時間。使用超級計算機,以計算機模擬的手段,科學家可以在較短的時間內,從幾十萬甚至幾百萬種化合物中篩選出有效的藥物化合物,不僅節省了購買真實化合物的大量資金,而且大大縮短了藥物研發的周期。我國能夠在短時間內生產預防甲型H1N1流感疫苗并迅速應用于臨床,主要得益于超級計算機的使用。
“天河”-Ⅰ號將廣泛應用于石油勘探數據處理、生物醫藥研究、航空航天裝備研制、資源勘測和衛星遙感數據處理、金融工程數據分析、氣象預報、氣候預測、海洋環境數值模擬、短臨地震預報、新材料開發和設計、土木工程設計、基礎科學理論計算等方面。
從軍用技術到民用技術
世界上所有的先進技術幾乎都是誕生于軍事領域。在前蘇聯和美國爭奪世界霸權的激烈斗爭中,冷戰編織出的“阿帕”網,曾經成為軍隊、政府、院校、企業最受歡迎的計算機網絡。
從冷戰時期建立的“阿帕”網到互聯網,是20世紀最偉大的技術發明之一,日益成為高技術條件下信息戰的“平臺”,對軍隊的武器裝備、編制體制、作戰指揮、戰略戰術、軍事訓練、軍事理論等都已經和即將產生深刻的影響。國防科技大學是我國高性能計算機研制的重要基地,也是“天河”-Ⅰ號的研制者。1983年面世的中國第一臺億次計算機“銀河”-Ⅰ號,同樣誕生在這所大學里,被中央軍委授予“科技攻關先鋒”榮譽稱號。他們始終緊貼國家和軍隊重大戰略需求,研制成功的“銀河”系列高性能計算機在國家和國防建設的關鍵領域發揮了重要作用,為強軍興國作出了突出貢獻。
技術本身并沒有軍用和民用之分,中國許多高新技術的發展也走過了軍用和民用兩個階段。科技創新都是以強軍興國為目標的。“銀河”計算機的第一個用戶是中國的石油勘探部門,后來逐漸拓展至氣象預報、航天器設計等領域。與超級計算機一樣,源于導彈事業的運載火箭,把近百顆與民生息息相關的通信、氣象、資源、導航衛星送上了太空。同樣植根于軍工基礎的造船業,已經使中國成為一個造船大國和民用船舶出口大國。即便是“銀河”系列超級計算機這樣的核心關鍵技術,從投入使用之日起就沒有離開過普通老百姓的生活。中國實施改革開放30年以來,軍工科研生產能力已有2/3轉向為國民經濟建設服務,有10多萬項軍工技術轉為民用,國防科技工業已能生產50余大類約1萬種民用產品。
“天河”-Ⅰ號超級計算機的軍事用途十分明顯。據介紹,“天河”-Ⅰ號將作為天津濱海新區和國防科大共同建設的國家超級計算機天津中心的業務主機,面向社會開放,實現資源共享,著力打造高新科技服務、產業技術創新、人才聚集培養三個平臺,為經濟、社會發展提供高科技支撐,軍地雙方融合能夠更好地促進技術創新。天津得到的不僅是機器,還有軍隊的技術和人才支援;軍隊科研單位在得到資金支持的同時,也擴大了對外交流,打開一個國際交流的窗口。