中国超级计算机:国运与国策

2014年6月下旬,国际TOP500组织公布2014年最新全球超级计算机500强：来自中国的“天河二号”再次击败美国的“泰坦”,位居榜首,至此达成“三连冠”.

由于超级计算机涉及国防等领域的应用,这一成绩再次引发外媒热议.

所谓超级计算机,也称高性能计算机.中国的超级计算机家族是一个以“银河一号”为始祖,包括“银河”、“天河”、“星云”、“神威”等系列产品在内的谱系.

就神秘的中国超级计算机,《望东方周刊》日前专访了中科院院士周兴铭.

周兴铭曾是“银河一号”的主机系统负责人,此后相继以总负责人、总设计师的身份主持了“银河仿真机”、“银河二号”的研制.

此次专访中,他回顾了自“银河一号”开始的中国高性能计算机研发历程和经验,以及那些当年因此而英年早逝的同事们.

他强调,中国超级计算机的未来发展,要综合、协调、高效、务实,不要片面追求某些方面的高指标.作为一种产业,要大力加强应用技术的研究和发展.

性能提升100倍

《望东方周刊》：中国高性能计算机如何起步?

周兴铭：高性能计算机起源于大型计算机.70年代,我国有几家单位研制成功了大型机,主要有北京大学的150机、国防科技大学的151机、电子部15所的DJS机等.151机是为远望号测量船研制的,后来成为“远望一号”的中心计算机.

因为都是在电子部738厂生产,在他们的序列里排序,北京大学的机器是150,国防科技大学是151.华东计算技术研究所也研制成功大型机,还援助出口给朝鲜等国家.当时大型机的指标是每秒钟计算100万次.

70年代中,国外成功发展超级计算机,在此背景下,慈云桂教授于1977年向国家提出研制每秒计算一亿次的超级计算机,理由是它对国防、产业、技术的发展都很重要.这是性能提升100倍的跨越,是国家行为.

在慈云桂教授的带领下,我们于1976年就开始酝酿超级计算机.1977年,恢复工作,在资金不足的情况下,国家还是下决心做.主管部门是国防科委,当时主任是张爱萍,由副主任张震寰主管.目标是军民两用为国家的发展怎么写作,当时张爱萍还给我们下了军令状.

1978年5月召开了方案论证会,通过专家评审,开始立项、研究,命名为“785超级计算机”.后来,张爱萍为其命名为“银河”.

最初国家为这项任务安排了2亿元人民币,慈云桂教授带领我们精打细算,只花了5000万元,还包括建科研楼、“银河”机房的费用.1983年“银河一号”做成后产生巨大影响,中国成为继美国、日本之后第三个能研制超级计算机的国家.

《望东方周刊》：“银河”研制过程中的特点是什么?

周兴铭：“银河”的研制与之前自力更生的路子有所不同,我们瞄准最先进的技术,充分利用改革开放的条件,国外没有的或封锁的,我们自主创新,国外有又不限制的就采用“拿来主义”.

直到现在的“天河”系列,都是按这条道路发展的.没有改革开放,不会有“银河”、“天河”.

5年时间,当时技术骨干月工资只有七八十元,几乎每天晚上都要加班.“银河一号”做成后,骨干人员每人发了几百元奖金,最后大家都没要,都捐了出去.

在那些加班的日子,最好的待遇就是每晚12点之后食堂里的免费水饺.吃饺子的待遇一直持续到“银河二号”完成.

从70年始到90年代初,因工作强度大、伙食太差、营养不足、医疗条件落后,“银河”科研团队有一批年轻人因肝炎、癌、肺病等去世,他们值得我们永远怀念.

美国人总是震惊

《望东方周刊》：为什么要研发“银河二号”?

周兴铭：“银河二号”非常具有戏剧性.“银河一号”后,国家没有继续部署新的研究计划.1986年,国家气象局给写报告,说要做5至7天以上的中长期天气预报,需要10亿次级的计算机做数值计算.

当时他们和美国人谈判时,对方答应卖机器,但是要在机房建监控中心,派美国人监督使用,中国还要花很多钱支付报酬,并提供生活、居住条件.国家气象局出于无奈,向提出了购写申请.

我们听说后,联名向写信,说我们自己可以做10亿次计算机,得到了领导的批准.这样,国家气象局和我们签订了购机合同,购写经费是3000万元.

但是,当时资金少――远少于“银河一号”,性能要求高――“银河一号”的10倍,技术难度大――元器件水平只比“银河一号”提高4倍,任务艰巨.所以,“银河二号”是做得最艰苦的.

20世纪80年代,航天部的导弹、火箭、卫星等飞行控制系统设计是否达标需要地面计算机模拟,美国首先做成全数字仿真计算机.航天部把这个消息带到了国内,希望我们用“银河”的技术,实现与美国仿真计算机相当的功能.于是就有了1982年到1985年研制的“银河仿真机”.

美国原来卖给中国每台机器一百二三十 万美元,配置也很低.我们做成后,每台100多万元人民币,配置很高.研制成功后,美国人看到报道,非常惊诧.

而之前在1983年国庆节天安门游行时,圆筒状的“银河一号”模型走过天安门广场,也引起了美国的震惊.他们认为圆筒状说明是抄袭他们的,实际上我们没有他们任何图纸,只是根据他们的广告宣传,学习了圆形连线短的设计思想.“银河一号”许多关键技术是我们自主创新的,美国没有.

还是被外国人赚了很多钱

《望东方周刊》：你如何看当前中国高性能计算机的发展情况,以及产业化、高精尖发展的两条道路?

周兴铭：经过“银河”问世至今的30年发展历程,现在我国呈现出国防科技大学“银河”“天河”、北京“曙光”“星云”、无锡“神威”三箭齐发的格局.

我们的一个重要变化是实现了产业化.高性能计算机普遍使用,动力来源于科技发展和社会进步需求.流体力学计算、天气预报、影视制作、汽车设计、生命科学信息处理、新药研究等重大应用,都需要高性能计算.随着网络快速扩张发展及惠及民众的广泛应用,更多的计算中心、更多的网站需要更多怎么写作器支持,也需要更多的高性能计算机. 国内产业化的标志性事件是成立曙光公司,通过OEM降低了机器的,切入市场.另外,华为通过通信系统的销售应用,实际上也成为怎么写作器生产大户.浪潮集团怎么写作器产业化做得也很好.不过,我们要认识到我国的怎么写作器产品在国际上占有量很少,国内市场占有率也不高.

对于“普及型高性能计算机”的产业化,我认为应该是公司主导,由市场竞争去发展.但“高端高性能计算机”应由政府主导.从世界范围看,包括美国在高端机器研制、运行都是政府出资.

高端机器必须高投入地支持研究,但也不能说高端机器就不能产业化.比如我们的“银河”、“天河”系列产品,已卖出50多套,最近两三年就卖出了近20套,销售资金达20亿.主要用户是科研部门、企业、军队.国外来讲,CRAY公司、IBM公司的产业化程度也非常高.

我国高性能计算机的发展,近年来非常重要的事情就是“863”计划中的“天河”系列产品的问世,是我国攀上世界高峰的标志性成果.

不过,可以明显看到,我国使用的领域还是比较窄,许多领域的应用软件是从美国写的,美国赚了我们很多钱.在应用上和国外相比,还有很大差距.不能只重视研制、装备机器,要大力支持“应用”的开发和广泛的实用,国家“863”计划应该多投些钱.

《望东方周刊》：2015年度的“863”计划,首要提出发展超级计算机,着力发展高效能计算机三期.如何看这个国家计划?

周兴铭：三期的指标是做到“天河二号”的三倍,做好、用好的难度都很大.

目前,国内像“天河”这种“跨跃式”的创新发展不是很多.高性能计算发展如何从大到强,迎接新挑战,攀登新高度,正面临一个重要的转折.所以,国家在高性能计算技术和产业的发展方面,长远规划和可行的长远务实目标,是持续发展的关键.

不管是普及型的还是高端的,我国占世界市场的比例都很小.要想把整体水平提上去,很重要的一条就是,要注意关键技术的全面协调发展,不要片面追求某些方面某些指标的提高.

其次,要学会处理好市场调节与政府指导的关系.只靠市场,发展难度很大,太强调政府的指导作用,就会影响市场良性发展及与国外的开放合作.

科学家不要误导政治家

《望东方周刊》：对中国高性能计算机领域的发展,你有何总体性的意见和建议?

周兴铭：我国高性能计算机的装备和使用水平,大体上与我国的经济实力及国际地位相当,已经排到世界第二.但总体上看,尽管“天河”系列性能做到世界第一,国防科大仍认为有三个没变：首先,西方国家在信息技术领域的巨大优势地位没有变；其次,美国在超级计算机的研制和应用上的主导地位没有变；第三,世界各国在超级计算机领域加大竞争的态势没有变.

关于我国今后在高性能计算方面的发展,第一,应该更加注重综合、协调、高效、务实发展,不要因为在某些方面的指标较为突出,就翘尾巴.

第二,要大力发展应用.我国在研制、装备机器方面投入很多钱,但面向各个领域的正在运行的应用程序大多购自美国,应把相当部分的投入花在应用上,做这种应用软件,必须是既懂得领域计算又懂得高性能机的复合型人才.

“银河二号”就是一个很好的例子.国家气象中心从欧洲合作获得气象预报软件,但直接运行不尽如人意.我们专门组织一个团队研究改造这个软件,使其计算性能提高了许多倍,比在美国机器上的还要快很多.

第三,我国要慎重研究微电子的发展战略.国内现在投入很大,期盼很高,但没有找到成功的路子,原因在于工艺线和许多知识产权都是国外的,市场与软件是国外产品统治.我国自主开发高性能CPU做了许多年,没有满意的成绩.有的媒体宣传我国做成了“完全自主”的高性能处理机,可能会把相关领导给忽悠了,科学家不要去误导政治家.

Intel在2012年初推出22纳米的先进工艺线,到现在已经两年多了,没有新的工艺线跟进.这已经打破了微电子每18个月性能提高一倍成本下降一倍的摩尔定律.

现在是不是已经进入了“后摩尔时代”?我认为,以微电子为主推动信息技术发展的时代眼看就要到头了,而信息技术的发展和应用的强劲势头没有减退.国家的发展战略需要非常认真地考虑这些变化.