■科技资源 开放共享

　　本报记者张 强特约记者王握文通讯员李 璇

　　“天河二号”究竟有多快？其峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算。假设每人每秒钟进行一次运算，它运算1小时，相当于13亿人同时用计算器计算一千年！

　　“天河二号”存储容量又有多大？其内存总容量1400万亿字节，存储总容量12400万亿字节，相当于可存储600亿册每册10万字的图书，如果以国家图书馆2500余万册的藏书量为例，其存储量相当于2400个国图！

　　这样惊人的速度和存储容量让来自中国的“天河二号”两年之内，连续四度问鼎世界速度之巅。从被认为国际超算领域杀出的“一匹黑马”，到如今“蝉联荣耀”，每一项可喜成绩的背后，都凝聚了“天河人”的超常勇气与辛勤付出。

　　披荆斩棘，紧盯第一再超越

　　这是一场只有起点没有终点的冲刺，要想在国际超算领域的“群雄逐鹿”中突出重围，面对的不仅仅是近乎残酷的激烈比拼，更有接连不断的超越与被超越。

　　2010年11月17日，中国“天河一号”超级计算机首次摘得国际超级计算机500强排行榜桂冠的喜悦。时隔仅仅8个月，日本一台名为“京”的超级计算机就将“天河一号”挤下冠军台。之后，美国研制的“红杉”“泰坦”先后坐上世界第一的交椅，“天河一号”排名滑落至第8名。

　　中国超算难道仅仅就是昙花一现？失去冠军的“天河”又该何去何从？面对各行各界的纷纷质疑，“天河人”认真总结成功经验，深入分析既有优势和存在不足，对国际超算发展做出了“三个没有改变”的判断，即：西方在信息技术领域的优势地位没有改变，美国在超级计算领域的主导地位没有改变，世界强国争夺超级计算机领先地位的态势没有改变。

　　事实上，从“天河一号”问世那天起，“天河二号”的攻关就打响了。

　　不断探索、不断研制，不断发展、不断超越，为了缔造“中国速度”的再度辉煌，“天河”创新团队着眼国际高性能计算发展趋势，成立多个课题小组，组织精干的技术力量，瞄准亿亿次级超级计算机展开新的攻关。

　　在先期技术攻关基础上，2011年12月，他们申报的国家科技部“十二五”863计划“高效能计算机研制”重大项目，顺利通过立项评审。

　　与此同时，国防科技大学积极与广东省、广州市、中山大学签署合作协议，通过军民融合式发展，共建广州超级计算中心，并于2012年5月，实现了广州超级计算中心在中山大学的正式揭牌，由国防科技大学提供的一套340万亿次的天河先导系统随即开通，投入应用。

　　狭路相逢勇者胜。在“天河人”废寝忘食的努力下，“天河二号”超级计算机相继突破了一系列核心关键技术，并在2013—2014两年间，在连续四届的世界超级计算机500强排行榜的评选中，以其大幅领先的运算速度、品质优越的综合性能，成功击败国际超级计算机研发领域的“各路诸侯”，创造了世界超算之巅的“四连冠”！

　　自主创新，瞄准前沿求突破

　　“天河二号”工程副总指挥李楠研究员告诉记者，“天河二号”具有五大特点：一是高性能，峰值速度和持续速度都创造了新的世界纪录。二是低能耗，能效比为每瓦特19亿次，达到了世界先进水平。三是应用广，主打科学工程计算，兼顾了云计算。四是易使用，创新发展了异构融合体系结构，提高了软件兼容性和易编程性。五是性价比高。

　　与此同时，“天河二号”的多项自主关键技术令世界瞩目：高速互连系统性能是当前国际商用互连系统的两倍，综合化能耗控制机制实现了国际先进的能效比，“飞腾-1500”CPU构建出高安全高吞吐率的服务阵列，高密度高精度组装结构使得这台系统的占地面积与“天河一号”相当，性能却提升了11.6倍……

　　高性能、高能效从何而来？“天河二号”工程总指挥、总设计师廖湘科研究员说：“这一切都源于瞄准国际前沿的自主创新，是自主创新推动了中国超算的跨越式发展。”

　　“天河一号”采用的“CPU+GPU异构融合体系”，就是一条不同于此前任何系统的技术路线。几年来，因其低能耗、低成本、高集成度等优点，这种结构成为国际主流。在此基础上，科研人员迈出大胆创新的又一步，为“天河二号”设计出“新型异构多态体系结构”，实现了微异构计算阵列和新型并行编程模型和框架，提升了应用软件的兼容性、适用性和易用性，不仅大幅提高了系统计算速度，还将其应用从科学计算拓展至大数据处理、大规模信息服务等多个领域。美国、德国、日本等国科学家甚至预言，“天河”必将再次引领世界超算结构的发展潮流。

　　研制过程中，科研人员还在国家重大专项支持下，自主研制出当前国内主频最高的新一代高性能通用“飞腾-1500”CPU。“天河二号”的服务阵列就是基于“飞腾-1500”CPU构建的，用于支撑高吞吐率和高安全的信息服务类应用。

　　此外，“天河二号”通过采用综合化的能耗控制，设计实现了面向高效能计算的层次式优化框架、自适应能耗控制算法及低损耗、高效率的电源设计，有效提高了系统的能效比，达到了世界先进水平。“天河二号”还在高速互连、新型层次式加速存储架构、容错设计与故障管理、综合化能效控制、高密度高精度结构工艺等方面也取得了一系列创新和突破。

　　 整合资源，群策群力齐攻关

　　面向大科学、大工程应用的超级计算机系统，研制过程本身也是一个大工程。国防科技大学整合优势科研资源，高性能计算、高性能微处理器技术、基础软件技术、网络技术4个团队强强联合，合力打造了“天河二号”的软硬件系统。

　　2013年6月，“天河二号”以其峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次的优越性能，继2010年“天河一号”首度夺冠后再次问鼎。然而，“天河”团队并没有因此停下脚步，随即又马不停蹄地投入到更深层次的科研攻关中。

　　据“天河二号”主任设计师卢宇彤介绍，仅仅是为了将网络互连软件性能参数调整到适应硬件的最佳状态，科研人员们就在3个月的时间里进行了上亿次测试实验。

　　“周周5加2，天天白加黑”，成为“天河人”的工作常态。为了不断提高GPU的计算效率，“天河二号”主任设计师杨灿群研究员和课题组成员把自己封闭起来，开始长达4个月的攻关，平均每天要进行上百次的实验，“早上一起床就开始干，一干就是一整天，晚上睡觉一闭上眼睛，屏幕上的数据还在脑海里滚动。”在经过了8万多次实验与性能优化后，他们终于发现了GPU的内在规律，找到了提高计算效率的突破口，使GPU的计算效率达到了70%，创造了又一个世界的奇迹。

　　那些日子里，一名主任设计师的女儿6月份参加高考，可她却为了“天河二号”，没有更多时间来照顾女儿。她给女儿发的一条短信写道：孩子，妈妈干的是国家的大工程，也像你准备高考一样到了冲刺的阶段，让我们一起完美冲过终点线吧。

　　“我们团队的每个人都有强烈的协作意识，都是系统中不可或缺的‘元器件’。”“天河二号”副总质量师胡庆丰说，每当遇到技术瓶颈时，“天河”团队总是群策群力，集智攻关，以致于很多设计思想、创新点子说不清到底该属于谁。成果即便获奖，也只能署少数人的名字，但大家面对荣誉得失，总是胸怀坦荡：“能参与这样大的国家工程，我们感到无比自豪。”

　　不知从什么时候开始，“银河”系列巨型机研制过程中形成的“胸怀祖国、团结协作、志在高峰、奋勇拼搏”的“银河精神”就成为“天河人”永远坚守的精神高地。把五星红旗插上世界超算之巅，这就是“天河人”始终追逐的中国超算梦！