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我国首台千万亿次超级计算机系统——“天河”-Ⅰ号诞生
作者:柯普 责任编辑:姚云炤 来源:《铁军》 日期:2014-09-12 浏览次数:7667
2009年10月29日,中国首台千万亿次超级计算机,在湖南长沙国防科技大学诞生,使中国拥有了历史上计算速度最快的工具,成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机系统的国家。
“算盘”,这一古老计算器发明者是中国人。美国人发明了世界上第一台电子计算机,并建立了“阿帕”网(互联网)。2009年10月29日,中国首台千万亿次超级计算机,在湖南长沙国防科技大学诞生,使中国拥有了历史上计算速度最快的工具,成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机系统的国家。
从“埃尼阿克”到“天河”-Ⅰ号
1946年2月14日,世界上第一台电子计算机“埃尼阿克”(ENIAC),由两位美国工程师艾克特和莫克利在宾夕法尼亚大学一间食堂大厅里“组装”起来。这个“庞然大物”用去了17468个真空管,800多千米的导线,1万只电阻和1万只电容器,重30吨,有5.5米高,24米长,占地170平方米,每秒能进行5000次的运算。
“埃尼阿克”,虽然体积庞大,但它的计算速度在当时已经非常惊人。用它完成1次10位数的乘法运算,只需要3毫秒,用它来计算炮弹从发射到弹道轨道40点曲线的位置,也只需3秒,比人工计算(约7小时)的速度提高了8400倍,比当时的机电式计算机的速度提高了100倍。
自“埃尼阿克”问世以来,计算机已经发展到了第五代:第一代为电子管计算机时代(1946-1954),采用电子管存储器件,计算机可以完成定点运算,可以用机器语言汇编语言程序,机器语言由二进制代码组成;第二代为晶体管计算机时代(1955-1964),使用晶体管存储器件,不仅使计算机的体积大大减少,而且提高了运算速度和存储容量;第三代为集成电路计算机时代(1965-1974);第四代为大规模、超大规模集成电路计算机(20世纪70年代初至今),使用大规模集成电路、MOS高速大容量存储器,在系统结构和软件方面有了革命性发展;第五代将是正在研制开发的智能型计算机。科学家戈登·摩尔曾经预言,计算机更新换代的周期,以16年、8年、4年、2年的间隔在缩短,而每代计算机的运算速度和存储容量却以16倍、256倍、6.4万倍、41亿倍的指数关系曲线急速递增。
“天河”-Ⅰ号作为中国高技术研究发展计划(863计划)中的一个重大项目,设计始于2008年。由200多人平均年龄为36岁的“天河”团队组成,首次尝试了军地合作、多家单位协同攻关的开发模式。采用了多阵列可配置协同并行体系结构、高速率可扩展互连通信、高效异构协同计算、基于隔离的安全控制、虚拟化的网络计算支撑、多层次的大规模系统容错、系统能耗综合控制等一系列关键技术,系统峰值性能达每秒1206万亿次,内存总容量98TB,点点通信带宽每秒40GB,共享磁盘容量为1PB,具有高性能、高能效、高安全和易使用等显著特点,综合技术水平进入世界前列。在2009年11月18日第34届全球超级计算机前500强排行榜上,“天河”-Ⅰ号名列世界第五、亚洲第一。这是我国的超级计算机在国际排行榜上的历史最好成绩。
从1946年的“埃尼阿克”到如今的“天河”-Ⅰ号,只有短短63年,在时间长河里,可以说是“弹指一挥间”,而计算机的运算速度,却提速再提速!计算机的存储容量,也拓展再拓展!!
从百亿次级到千万亿次级
我国在计算机的研制方面,可以说是突飞猛进,一步一个脚印。1983年研制成功的“银河”-Ⅰ号, 每秒运算速度(峰值)1亿次;1992年的“曙光”-Ⅰ号,每秒运算速度6.4亿次;1994年的“银河”-Ⅱ号,每秒运算速度10亿次;1997年的“银河”-Ⅲ号,每秒运算速度130亿次;1999年的“神威”-Ⅰ号,每秒运算速度3840亿次;2002年研制成功的“深腾”1800,每秒运算速度1万亿次;2007年的“神威”3000A,每秒运算速度18万亿次;2008年的“曙光”5000A,每秒运算速度230万亿次;2009年的“天河”-Ⅰ号,每秒运算速度达到1206万亿次。从“银河”-Ⅲ号到“天河”-Ⅰ号,意味着我国的高性能计算机从百亿次迈入了千万亿次大关,走了一条世界上全新的路子。
“天河”-Ⅰ号的每秒1206万亿峰值性能,意味着它计算一天,一台当前主流微机得算160年。如果中国13亿人每人照一个精度很高的照片,可以全部储存下来。“天河”-Ⅰ号由103台机柜组成,每个机柜占地1.44平方米、高2米、重1.5吨,系统总重量相当于19个“神舟”飞船。放置“天河”-Ⅰ号,需要一个近1000平方米的房间。“天河”-Ⅰ号目前投资为6亿元,从信息技术的发展速度预计,使用寿命为10年。
超级计算机代表了当代信息技术的最高水平,是服务于大系统、大工程、大科学的一个必不可少的工具。你想想,设计火箭总不能在笔记本电脑上进行吧?比如“银河”-Ⅰ号,就在石油勘探、气象预报、航天器设计上起到了支撑作用。再如,研制一种新药,从化合物筛选到临床试验,一般需要10到15年的时间。使用超级计算机,以计算机模拟的手段,科学家可以在较短的时间内,从几十万甚至几百万种化合物中筛选出有效的药物化合物,不仅节省了购买真实化合物的大量资金,而且大大缩短了药物研发的周期。我国能够在短时间内生产预防甲型H1N1流感疫苗并迅速应用于临床,主要得益于超级计算机的使用。
“天河”-Ⅰ号将广泛应用于石油勘探数据处理、生物医药研究、航空航天装备研制、资源勘测和卫星遥感数据处理、金融工程数据分析、气象预报、气候预测、海洋环境数值模拟、短临地震预报、新材料开发和设计、土木工程设计、基础科学理论计算等方面。
从军用技术到民用技术
世界上所有的先进技术几乎都是诞生于军事领域。在前苏联和美国争夺世界霸权的激烈斗争中,冷战编织出的“阿帕”网,曾经成为军队、政府、院校、企业最受欢迎的计算机网络。
从冷战时期建立的“阿帕”网到互联网,是20世纪最伟大的技术发明之一,日益成为高技术条件下信息战的“平台”,对军队的武器装备、编制体制、作战指挥、战略战术、军事训练、军事理论等都已经和即将产生深刻的影响。国防科技大学是我国高性能计算机研制的重要基地,也是“天河”-Ⅰ号的研制者。1983年面世的中国第一台亿次计算机“银河”-Ⅰ号,同样诞生在这所大学里,被中央军委授予“科技攻关先锋”荣誉称号。他们始终紧贴国家和军队重大战略需求,研制成功的“银河”系列高性能计算机在国家和国防建设的关键领域发挥了重要作用,为强军兴国作出了突出贡献。
技术本身并没有军用和民用之分,中国许多高新技术的发展也走过了军用和民用两个阶段。科技创新都是以强军兴国为目标的。“银河”计算机的第一个用户是中国的石油勘探部门,后来逐渐拓展至气象预报、航天器设计等领域。与超级计算机一样,源于导弹事业的运载火箭,把近百颗与民生息息相关的通信、气象、资源、导航卫星送上了太空。同样植根于军工基础的造船业,已经使中国成为一个造船大国和民用船舶出口大国。即便是“银河”系列超级计算机这样的核心关键技术,从投入使用之日起就没有离开过普通老百姓的生活。中国实施改革开放30年以来,军工科研生产能力已有2/3转向为国民经济建设服务,有10多万项军工技术转为民用,国防科技工业已能生产50余大类约1万种民用产品。
“天河”-Ⅰ号超级计算机的军事用途十分明显。据介绍,“天河”-Ⅰ号将作为天津滨海新区和国防科大共同建设的国家超级计算机天津中心的业务主机,面向社会开放,实现资源共享,着力打造高新科技服务、产业技术创新、人才聚集培养三个平台,为经济、社会发展提供高科技支撑,军地双方融合能够更好地促进技术创新。天津得到的不仅是机器,还有军队的技术和人才支援;军队科研单位在得到资金支持的同时,也扩大了对外交流,打开一个国际交流的窗口。