“中国人要搞四个当代化，不能没有巨型机。”自1978年邓小平同道在全国科技大会上批准搞中国人自己的超级打算机，40年过去了。这40年间，中国从研制出第一台每秒亿次打算的“银河-Ⅰ”巨型机实现“零”的打破，到“天河一号”超级打算机问鼎首个天下第一，再到“天河二号”连摘TOP500六次桂冠，中国超级打算走过了从“跟跑”到逐步迈上“领跑”的漫漫征途，这是改革开放以来，我国科技发展从艰辛到辉煌的一个缩影。
“银河”、“天河”系列超级打算机是中国数十年持续创新打破的代表。在国防科大与互助团队几十年的持续攻关过程中，我国全面节制了超级打算机研制的“五大”自主核心技能，具备了自主芯片、自主操作系统、互联通信系统等核心产品的研制能力和家当化运用能力，并且催生了高性能打算为龙头，高性能微处理器与微电子、网络与通信、自主根本软件和信息安全等上风方向共同发展的创新体系，引领中国超算奇迹稳步向前。伴随着超级打算机的研制，我国超级打算运用同步发展，超级打算不仅带动着国家信息家当发展，并与大数据、人工智能等新兴领域息息相关，推动国家创新驱动发展，在我国培植创新型国家的计策与实践中霸占了主要地位。
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奋斗篇--从“零”到“夺冠”
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可以说，“银河”系列巨型机的出身是中国人面对国际封锁、打压发奋图强的结果。
改革开放初期，我国打算机专业技能人才奇缺、国产元器件掉队，信息技能发展缓慢，“掉队就要挨打”，在中国还没有自己的巨型机的岁月，外国提出，纵然将巨型机卖给中国，也要把机器放在独立的机房里面，由他们管理和监控，中国科研职员不准进入，只能在玻璃窗户表面看着，这相称于外国人在新中国的地皮上建立起了一块“技能殖民地”。
1978年，邓小平高瞻远瞩，决定立即上马巨型打算机研制工程，并把任务交给国防科大。时任国防科大打算机研究所所长的慈云桂时下已60岁高龄，他立下军令状：“便是豁出我这条老命，也一定要把我们自己的巨型机搞出来！
”由于当时我们的技能根本、生产工艺等都与前辈国家存在巨大差距，乃至空缺，要把当时中国打算机每秒速率提升到一亿次，困难重重。而五年后，研发团队打破关键技能、完成整体设计，把整机系统的250万个焊点一个个焊起来，“银河-Ⅰ”巨型打算机终极研制成功，这发布着中国成为了继美、日之后，天下上仅有的独立设计和制造亿次巨型机的国家。
为了紧跟飞速增长的当代化培植需求，上世纪九十年代，国防科大又接连成功研制“银河-Ⅱ”、“银河-Ⅲ”巨型机，性能持续得到大幅提升，而老一代的“银河”团队元勋，却一位位倒在了科研一线。这是一种“银河精神”，一种“肚量胸襟祖国、联络协作、志在高峰、奋勇拼搏”的品质境界。在强烈的民族义务感中，“银河”团队冲破了外国的垄断，奠定了我国在巨型机研制领域的国际地位。
追赶不易，引领更难，但中国人不可能永久跟在西方发达国家后面马首是瞻。2008年6月，IBM“走鹃”亮相，把天下超级打算机的速率从百万亿次带入了千万亿次。仅一年半往后，2010年11月，“天河一号”以每秒4700万亿次的峰值速率和每秒2566万亿次的Linpack实测性能夺得天下TOP500排名的榜首，取得了我国自主研制超级打算机综合技能水平进入天下领先行列的历史性打破。
“银河·天河”发展征程
但是“第一”的光环还没闪亮，国内外质疑“天河”中看不中用，便是只为排天下第一的声音却纷至沓来。为了让“天河一号”成为实实在在的“国之重器”，“天河”人坚持“5+2”“白+黑”、“把板凳坐穿，把鞋底磨穿”的奋斗传统，把“天河一号”的运用做到“顶天”支撑国家前沿根本创新、“立地”做事传统家当升级和造就新兴家当发展，做到天下认可。当天津“8.12”事件发生，人们纷纭撤离的时候，天河团队却逆向行驶，回到处于核心爆炸区的事情岗位，重新开启“天河一号”系统，经历新时期血与火的磨练，凝聚新时期“天河”精神。
就在外界认为中国的成功不过是昙花一现时，“天河二号”再次以大幅进步摘夺了TOP500“六连冠”，峰值性能54.9Pflops，实测性能33.9Pflops，实现了从千万亿次到亿亿次的技能超过。
现在，我国在“天河”系列超级打算机上得到的成功不是有时，也不是一朝一夕的结果，而是来自一个具有“银河精神”的团队，历经漫长的摸索与创造、试错和重新出发，打破数不清的困难换来的。这样的努力与付出并不是单单为了夺冠，而是为了走出我国自主创新的科研之路，为了我国的超级打算技能不再受制于人。
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创新篇--勇攀科研高峰
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超级打算领域激烈的竞争背后是国家综合实力的较劲，“天河”系列超级打算机之以是能够在世界舞台上发光，源自于一代代“银河”工程中对中国的技能与人才的磨砺，是我们在大规模集成电路芯片、结点机、操作系统、编译系统、通讯网络等超级打算机核心技能上进行的长期探索与创新积累的结果。
CPU+GPU异构领悟体系创新思路是我国超级打算机研制团队做出的大胆考试测验。早在2005年研制30万亿次机时，研制团队就意识到，天下超级打算机研制的CPU并行处理主流技能已面临障碍，必须探索新的体系构造。CPU并行处理体系构造的最大局限在于CPU造价高、能耗高、系统规模大，于是他们把目光转向流处理器和新的体系构造。沿着这一崭新的思路，团队创造新的提出了“CPU+GPU”的异构领悟系统构造理论。异构体系构造设计的难点在于如何实现预想的运行速率、效率和节能水平。当利用了“CPU+GPU”异构领悟系统的“天河一号”走上天下舞台上时，证明这条路选对了，异构领悟体系这一中国人独创的构造很快走向了天下，为千万亿次、亿亿次等超级打算机体系构造设计带来了新的思路，引领天下超级打算体系构造发展新的技能潮流。
“天河一号”与天下第一证书
让中国的超级打算拥有一颗“中国芯”，是中国超算人多年的梦想。作为打算机的“大脑”，CPU等高端处理芯片是超级打算机攻关的核心关键技能，也是西方发达国家严密封锁的高端微处理器。随着国防科大自主研发的“飞腾1000”芯片安装到“天河一号”上，从而取代部分入口芯片时，这一梦想变成了现实。在“天河二号”上，国产打算芯片更是为系统供应了系统绝大部分打算性能。这表明，我国国产自主芯片的研制与运用取得了创新打破，为今后“天河”的全部国产化奠定了根本。
而“银河”“天河”的核心技能不仅局限于此，“天河一号”夺冠后，一些外媒认为其紧张打算性能还是美国芯片供应的，但是他们也不能不承认的，是“天河一号”背后的秘密武器——完备由中国设计制造的互联通信技能，该技能能够使数据以惊人的速率在所有的处理器之间来回传输。可以说，在系统越来越繁芜、规模越来越弘大的当代超级打算机中，互联作为关键核心技能，其地位丝毫不亚于CPU。“天河一号”上利用的互联架构处理数据的速率比许多超级打算机普遍采取的InfiniBand互联架构大约快了一倍。
“天河一号”的另一大特色，是国防科大自主开拓的高安全性软件操作系统。只有拥有了自主可控的系统，才能不受制于人，才能确保信息安全。
而现在，“天河三号E级原型机”已经研制成功，系统创新设计了“迈创”众核处理器、互连接口芯片和路由器芯片3大芯片，4类打算、存储、做事结点，10余种PCB电路板，实现各关键技能领域整体自主创新。经由几十年努力，“银河”与“天河”节制了全面自主核心技能，所有核心技能和产品不再被国外卡脖子，冲破了2015年美国对国防科大和“天河”系超算中央的高端芯片、高技能禁运封锁。
可以看到，超级打算机的意义并非只限于研制出大型打算机这一工具，由于超级打算机是最尖端电子信息技能的凑集体，研制出超级打算机就意味着节制电子信息领域的最尖端关键技能。而在“银河”“天河”系列超级打算机研制过程中的所有技能创新，全部指向了中国超级打算机发展从起步时就清晰的一个目标——自主可控。中国只有走自主创新的路，才能真正在科技领域登顶天下鳌头。
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驱动篇--国之重器
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拿“第一”固然鼓舞民气，但是把机器用好才是根本目的。自2010年“天河一号”研制并启用以来，中国超级打算需求以每年20%-30%的速率增长，超级打算在加速计策性新兴家当发展、支撑传统支柱家当升级、推动科技招商、实现家当聚拢等方面发挥了巨大浸染，推动了国家科技创新体系的培植，带动根本研究创新、家当转型升级创新，提升了国家的各个领域的科技发展能力，真正成为“算天”“算地”“算人”的“国之重器”。
我国超级打算机的研制，总是以当代化培植需求为驱动。以“银河-Ⅰ”为主机系统，当时的石油部门建立了自己的石油地震数据处理系统；为了建立我国独立自主的中期景象预报数字系统，研制了“银河-Ⅱ”巨型机，构建了中期数字景象预报系统，使我国成为当时天下上少数几个能进行5到7天中长期景象预报的国家之一；随后，“银河-Ⅲ”等系列巨型机相继研制成功，在航空航天翱翔器设计、景象预报和气候仿照、新型能源的开拓等多个领域发挥了支撑浸染，并为往后超级打算机的运用铺垫了广泛的发展前景。
2015年开始，“天河一号”超级打算机就已经实现了满负荷运行，每天并发在线打算任务数超过1400项、每天完成近万项，做到了真正的“中看又中用”，在各个重大前沿科技和家当创新领域发挥主要浸染。在油气勘探领域，做事能源发展，保障国家能源安全，研发自主核心软件，冲破欧美垄断；在高端装备领域，支撑海洋装备、电力装备、环保装备、无人机、内燃机、汽车等进行数值仿照，实现干系行业企业的创新能力提升和转型升级；在生物医药领域，支撑艾滋病、癫痫、胰岛素等自主知识产权新药的研发并得到重大打破，助推我国脑科学研究，为改进民生做出贡献；在新材料研发领域，支撑前沿创新与前辈制造，支持200多个从事金属、纳米、前辈复合、储能、超导、磁性等新材料的科研团队开展新材料打算仿照研究，取得天下前辈水平的科研成果，在Nature、PRL、JACS等国际顶尖期刊揭橥了数百篇论文。支撑科技创新方面，累计支持国家科技重大专项、国家重点研发操持等重大项目超过1600项，支持项目所涉及经费超过20亿，取得国家级、省部级褒奖成果和包括Nature、Science在内学术成果超过2000项。支撑家当发展方面，依托“天河一号”构建了油气勘探、基因康健、工业设计与仿真、建筑与聪慧城市等十余个专业化平台，聚拢行业企业超过三千家，为近200家规模以上企业供应了高质量创新做事，节省研发投入数亿元，为企业带来干系经济效益近百亿元。支配“天河一号”超级打算机的国家超级打算天津中央已经成为我国目前运用范围最广、研发能力最强的超级打算中央。
“天河二号”不仅在新材料、新能源、高端装备制造、航空航天翱翔器设计等领域发挥主要浸染，同时与日常生活也息息相关，比如在PM2.5的预测预报、新型药物的设计、动漫渲染等领域都有着“天河二号”的身影。
“天河”广泛支撑国家科技与家当创新
总之，“天河”系列超级打算机已经融入国家创新驱动发展、国家信息安全、“互联网+”、“中国制造2025”等重大国家计策和发展操持，并在支撑智能制造、聪慧港口、聪慧交通、聪慧城市等家当发展、社会公共做事能力等方面发挥重大浸染。同时，“天河”超级打算机的运用与示范，引领了做事重大前沿根本科学研究与深度融入家当发展的“顶天”“立地”的综合运用模式，实现了提升国家公共资源利用效率和创造国家更加公正高效的创新创业环境，并将中国高性能做事器、打算集群家当化带入到天下第一梯度的新高度。
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后 记
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今年11月，新一期环球超级打算机500强榜单发布，美国超级打算机“Summit”以峰值速率每秒20亿亿次霸占榜首。在上榜的超算总数上，中国以227台位居第一，美国为109台。从“天河一号”夺冠到美国的“顶点”居首，期间经历了日本的“京”、美国的“红杉”和“泰坦”、中国的“天河二号”和“神威·太湖之光”，可以看出，美国、中国、日本同处于天下超级打算机研制的领先行列，形成了在具体系统上交替领先的格局。我国超级打算机在四十年的发展进程中得到熬炼，逐渐具备了从自主微处理器、自主互联、自主软件系统到自主运用的全方位自主创新研制能力。在这个过程中，“银河”与“天河”正成为中国迈向天下超级打算强国的核心动力。
“天河三号”E级原型机
国际超级打算机界的下一个目标是被称作“E级超算”的百亿亿次超级打算机，美国、日本、欧洲都支配了“E级超算”研发操持。今年5月在天津召开的第二届天下智能大会上，国防科大的“E级”的验证系统发布，目前已完成了大规模打算运用测试并逐步开放运用，测试涉及国家12个重大创新专项领域，数十个国家重点研发操持，已取得了一些打破性结果，将为我国科研及家当创新供应新的动力。“E级”验证系统是我国下一代百亿亿次超级打算机技能路线的一次探索和实践，我们有情由相信，新一代百亿亿次超级打算机系统将在我国大科学、大工程、大数据和人工智能等更加广泛和深入地运用中发挥不可替代的浸染。
就让我们一起，在改革开放40周年之际，致敬“银河”40年奋进进程，致敬“天河”10年创新发展！
来源：“国家超级打算天津中央”微信公号
《新华逐日电讯》刊发：国产百亿亿次超算技能实现新打破 “天河三号”E级原型机完成研制支配
我国三个E级超算原型机系统均完成交付 天河三号支配在国家超算天津中央
“天河三号”E级原型机研制支配完成 运算能力超“天河一号”200倍
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