銀河-1號巨型計算機

1978年3月，鄧小平代表黨中央作出決定，億次巨型計算機由國防科技大學搞。慈雲桂擔任了這一任務的總指揮和總設計師。他們充分利用對外開放的有利條件，設計出既符合中國國情又與國際主流巨型機兼容的中國億次巨型機總體方案。組織精兵強將攻關，在新技術、新工藝、新理論的探索中，終於使"銀河"億次巨型機比國際主流巨型機在10個方面有了創造性的發展，填補了國內巨型機的空白，使我國成為世界上少數幾個擁有研製巨型計算機的國家之一，並在石油勘探、氣象預報和工程物理研究等研究領域廣泛應用。他最早倡導在中國開展智能計算機的研究，負責組建了中國計算機學會智能計算機專業組，併成功主持了新一代計算機系統國際學術會議。 ^[2] 

但是在中國，20世紀80年代以前除了有被稱作“儀器”的電子管計算機和晶體管計算機外，還沒有每秒計算速度能達到千萬次的巨型計算機。1978 年中國第一次向南太平洋發射的運載火箭，用的還是運算速度僅百萬次的計算機。面對日新月異的發展需求，一個泱泱大國如果再不具備可以和發達國家一比高低的巨型計算機，那不僅是一個可悲的現實，而且還會帶來一個可悲的將來，這對立志於中華騰飛的新一代領導人和中國的知識分子來説，是一個沉重的壓力。 ^[2] 

在現實中，由於國家沒有巨型計算機，防汛部門就無法對複雜的氣候進行中長期預報。所以，有幾次洪峯突然襲來，事先沒有準備，使人民的生命財產蒙受巨大損失。同樣也是由於沒有巨型計算機，石油部門每年要將勘探出來的大量石油礦藏數據和資料用飛機送到國外去作三維處理，不僅花費昂貴，而且國家的資源情況首先被外國人掌握。這實在讓中國人、特別是中國的計算機專家們赧顏。 ^[2] 

銀河—Ⅰ　1983年11月我國第一台被命名為“銀河”的億次巨型電子計算機，歷經5年，在國防科技大學誕生了。它的研製成功，向全世界宣佈：中國成了繼美、日等國之後，能夠獨立設計和製造巨型機的國家。 ^[3] 

銀河—Ⅱ　1992年11月19日，由國防科技大學研製的“銀河—Ⅱ”10億次巨型計算機在長沙通過國家鑑定。填補了我國面向大型科學工程計算和大規模數據處理的並行巨型計算機的空白。 ^[3] 

銀河—Ⅲ　1997年6月19日，由國防科技大學研製的“銀河—Ⅲ”並行巨型計算機在京通過國家鑑定。該機採用分佈式共享存儲結構，面向大型科學與工程計算和大規模數據處理，基本字長64位，峯值性能為130億次。該機有多項技術居國內領先，綜合技術達到當前國際先進水平。 ^[3] 

慈雲桂擔任了 “銀河 - 1號是巨型計算機” 研製的總指揮和總設計師。他最早倡導在中國開展智能計算機的研究，負責組建了中國計算機學會智能計算機專業組，併成功主持了新一代計算機系統國際學術會議。 ^[4] 

他們充分利用對外開放的有利條件，設計出既符合中國國情又與國際主流巨型機兼容的中國億次巨型機總體方案。組織精兵強將攻關，在新技術、新工藝、新理論的探索中，終於使"銀河"億次巨型機比國際主流巨型機在10個方面有了創造性的發展，填補了國內巨型機的空白。 ^[4] 

在國防科大計算機學院寬敞、明亮的“銀河”機房裏，矗立着一台由7個機櫃組成的圓柱形機器。這就是該校於1983年12月研製成功的我國第一台巨型計算機。她的誕生，標誌着中國成為繼美、日等少數國家之後，能獨立設計和製造巨型機的國家。 ^[4] 

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、國務院決定在原“哈軍工”的基礎上組建國防科技大學；也是這一年，我們開始了我國首台巨型計算機的研製工作。為什麼要研製自己的巨型計算機？鄧小平同志的講話擲地有聲：“中國要搞四個現代化，不能沒有巨型機！” ^[4] 

胡教授説，改革開放前，由於沒有高性能的計算機，我國勘探的石油礦藏數據和資料不得不用飛機送到國外去處理，不僅費用昂貴，而且受制於人。當我國提出向某發達國家進口一台性能不算很高的計算機時，對方卻提出:必須為這台機器建一個六面不透光的“安全區”，能進入“安全區”的只能是巴黎統籌組織的工作人員。外國人明擺着是在卡我們的脖子啊！ ^[4] 

1978年3月，全國第一次科學大會在北京召開，中國迎來了科學的春天。此後，中央在重要會議上，正式下決心研製巨型計算機，以解決我國現代化建設中的大型科學計算問題。主持會議的鄧小平同志將這一任務交給了國防科委，並點名要國防科大承擔研製任務。時任國防科委主任的張愛萍上將向鄧小平立下了軍令狀：一定儘快研製出中國的巨型計算機。 ^[4] 

時任國防科大計算機研究所所長的慈雲桂教授聽到這消息，連聲説:好，好，就等着這一天呀！國防科委副主任張震寰對國防科大提出的要求是：運算速度一次不能少；研製時間一天不能多。 ^[4] 

研製巨型計算機，談何容易？胡教授回憶道：改革開放之初，我國技術落後，資料匱乏，西方國家又對我們實行技術封鎖，瞭解國外研製巨型機的情況十分有限。國防科大雖然是國內最早研製計算機的單位，但此前為遠望號測量船研製的“151”機，每秒運算速度只有100萬次，要研製每秒運算一億次的機器，計算機運算速度一下要提高100倍，其困難不言而喻。 ^[4] 

但是，困難沒有嚇倒我們。當時，大家只有一個信念，全力以赴造出自己的巨型機，大家把它叫“爭氣機”，就是要爭一口氣，不讓外國人再卡我們的脖子。 ^[4] 

研製工作迅速展開之後，各種複雜技術問題隨之冒了出來。走什麼樣的技術路線？採取什麼樣的體系結構？如何實現每秒一億次的運算速度？問題像一個個“攔路虎”。天道酬勤，5年沒日沒夜的頑強拼搏，以慈雲桂所長為代表的科研人員，闖過了一個個理論、技術和工藝難關，攻克了數以百計的技術難題，創造性地提出了“雙向量陣列”結構，大大提高機器的運算速度，提前一年完成了研製任務，系統達到並超過了預定的性能指標，機器穩定可靠，且經費只用了原計劃的五分之一。 ^[4] 

張愛萍親自揮筆將巨型計算機命名為“銀河”，1983年12月26日，我國第一台命名為“銀河”的億次巨型計算機正式通過國家技術鑑定，這是改革開放初期在科技領域取得的一個重大成果。 ^[4] 

巨型計算機是運算速度最快、性能最高、技術最複雜的一類計算機，簡稱巨型機，也稱超級計算機。它是計算機型譜中的最高檔機型。巨型計算機主要用於解決大型計算機也難以解決的複雜問題。它是解決科技領域中某些巨大的挑戰性問題的關鍵工具。 ^[4] 

概括地講，它是在當代生產工藝的條件下，採用最先進的技術、工藝設計生產出來的當時功能最強、運算速度最快、存儲容量最大、面向科學與工程的最高檔次的計算機系統。巨型計算機的研製與應用，是國際上高技術開發的-一個重要領域。超級計算機在國家安全、科技進步和經濟發展方面，具有特殊的重要性。它是國力的象徵之一，是中華民族立於世界民族之林所必需的技術，是高科技發展的推動力。 ^[4] 

國際上巨型機的研製起步於20世紀60年代。1976 年美國CRAY-1巨型計算機研製成功，標誌着巨型機走上了成熟和商品化階段。之後，世界巨型機有了飛速發展，以CRAY系列為例，1983年推出CRAYX-MP雙處理機並行巨型系列機，向量峯值速度為每秒10億次以上，內存容量8兆字。1985年後，巨型機的向量峯值速度和內存量更快也更大。 ^[4] 

巨型計算機通常由主機系統、輸入輸出系統和前端機系統組成。巨型計算機的核心是主機系統，它由高性能處理機和高速大容量主存構成。主機的任務是完成高速運算。輸入輸出系統獨立於主機，並行管理輸入輸出，向主機提供算題作業和運算所需的數據，接收主機的運算結果，並負責管理全部聯機外圍設備和接口通道。由於巨型機所加工數據的吞吐量很大，高速主存容量有限，一般還需要有半導體擴存和海量存儲子系統。對大規模數據處理的用户，常需聯機磁帶子系統或光盤子系統作為大量數據輸入輸出的媒體。前端機系統是本地用户使用巨型機的總管，用來準備程序和數據，向主機發送作業，接收主機的最終處理結果，對結果進行加工後輸出。前端機一般採用小型計算機。非本地用户藉助計算機網絡使用巨型機，用户端的計算機（微型計算機、工作站等）可起前端機的作用通過網絡向巨型機發送作業和接收結果。 ^[4] 

全機底板25000條繞接線，12萬個繞接點，都檢查8遍以上； ^[5] 

全機800多塊多層印製板，每塊板上平均有5000個金屬化孔，全部進行孔壁檢查、孔導通測試和絕緣測試；

全機600多塊插件板，每塊板上有三四千個焊點，創造了200多萬個焊點無一虛焊的奇蹟。 ^[5] 

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，在巨型機上試算了42道過去在國內其他機型上難以運算的重大題目，都得到了圓滿的結果。1983年11月，國家技術鑑定組對巨型機的各項性能，進行了我國計算機史上最嚴格的技術考核。按規定，允許主機24小時出一次故障，但在連續考機的12天裏，主機運轉了288小時無一故障。 ^[5] 

“銀河1號”巨型計算機其運算速度達每秒1億次。這是我國自行研製的第一台每秒鐘運算億次以上的巨型計算機，使我國成為世界上少數幾個擁有研製巨型計算機的國家之一，並在石油勘探、氣象預報和工程物理研究領域廣泛應用。 ^[6] 

“天河一號A”讓中國第一次擁有了全球最快的超級計算機。但因為後續未再升級，很快就被擠了下來。這次的目標是100PFlops以上，也就是每秒超過10億億次浮點運算(但不知道是最大性能還是峯值性能)，而所用平台是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(另有一説總共最多10萬顆)。 ^[7] 

如果成真，這台超級計算機將是最快“泰坦”(Titan)的大約五倍——後者最大性能1.76PFlops、峯值性能2.7PFlops。這項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應對人口老齡化、城市規劃、高速交通系統建設等問題，以及用來解決交通擁堵的智能車牌、實時交通計算技術。 ^[7] 

項目初期投資大約1億美元，用來購買計算設備，看起來很多但還遠遠不夠。據説Intel將會提供的都是頂級產品，包括要在2013年下半年才會發佈的高端十二核心服務器處理器Ivy Bridge-EP Xeon E5-2567W v2(大約2500美元)、最高端協處理器Xeon Phi 5110P 8GB GDDR5(估計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、內存、硬盤、散熱、網絡、機架等各種硬件，以及系統、軟件和安裝、維護費用，總成本恐怕將是個天文數字。 ^[7] 

這台超級計算機預計會在未來18個月內快速完工，並安置在中國西南某個地方。中國將籍此在超級計算機領域稱霸很長一段時間，中國的航天事業也將得到極大的促進，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後，比如澳大利亞就在規劃1000PFlops的更恐怖超算，也就是每秒100億億次的浮點性能，但要過幾年才會實現。 ^[7] 

評論指出，中國將籍此在超級計算機領域稱霸很長一段時間，中國的航天事業也將得到極大的促進，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後，比如澳大利亞就在規劃1000PFlops的更恐怖超算，也就是每秒100億億次的浮點性能，但要過幾年才會實現。 ^[7] 

2015年4月9日，美國商務部發布了一份公告，決定禁止向中國4家國家超級計算機中心出售“至強”(XEON)芯片，這一決定使天河二號升級受到阻礙。 ^[8] 

2016年6月，中國已經研發出了世界上最快的超級計算機“神威太湖之光”，目前落户在位於無錫的中國國家超級計算機中心。該超級計算機的浮點運算速度是世界第二快超級計算機“天河二號”（同樣由中國研發）的2倍，達9.3億億次每秒。 ^[9] 

在最新公佈的榜單中“頂點”擴大了領先優勢，其處理器數量從228萬多個增加到近240萬個，浮點指令週期（PFLOPS）從半年前的每秒12.23億億次提升至每秒14.35億億次。“神威·太湖之光”的數據未發生變化，浮點指令週期依然為每秒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驗室開發的“山脊”（Sierra）超越，前10名中，美國佔據5台。 ^[9] 

中國超算“神威·太湖之光”和“天河二號”分別位列第三、四名。 ^[9] 

本次榜單中，美國超算上榜總數為109台，創歷史新低。但在總運算能力上，美國佔比38%，中國佔比31%，表明美國超算的平均運算能力更強。 ^[9] 

榜單還顯示，中國企業在全球十大超算製造商中佔據了前三名，其中聯想以140台名列冠軍，浪潮以84台名列亞軍，中科曙光以57台名列季軍。華為製造14台，位列第八。 ^[9] 

首次躋身超算十強的德國“超級MUC-NG“ 就由聯想公司製造。聯想公司稱，這台安裝在萊布尼茨超算中心的超算採用了聯想開發的水冷技術，比氣冷技術節電45%。該超算用於天體物理學、流體動力學和生命科學等研究的同時，減少了碳排放和運行總成本。 ^[9]