中國超級(jí)計(jì)算機(jī)：國運(yùn)與國策

微電子為主推動(dòng)信息技術(shù)發(fā)展的時(shí)代眼看就要到頭了，而信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用這一強(qiáng)勁勢(shì)頭沒有減退，國家的發(fā)展戰(zhàn)略需要非常認(rèn)真地考慮這些變化

2014年6月下旬，國際TOP500組織公布2014年最新全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)：來自中國的“天河二號(hào)”再次擊敗美國的“泰坦”，位居榜首，至此達(dá)成“三連冠”。

由于超級(jí)計(jì)算機(jī)涉及國防等領(lǐng)域的應(yīng)用，這一成績?cè)俅我�發(fā)外媒熱議。

所謂超級(jí)計(jì)算機(jī)，也稱高性能計(jì)算機(jī)。中國的超級(jí)計(jì)算機(jī)家族是一個(gè)以“銀河一號(hào)”為始祖，包括“銀河”、“天河”、“星云”、“神威”等系列產(chǎn)品在內(nèi)的譜系。

就神秘的中國超級(jí)計(jì)算機(jī)，《瞭望東方周刊》日前專訪了中科院院士周興銘。

周興銘曾是“銀河一號(hào)”的主機(jī)系統(tǒng)負(fù)責(zé)人，此后相繼以總負(fù)責(zé)人、總設(shè)計(jì)師的身份主持了“銀河仿真機(jī)”、“銀河二號(hào)”的研制。

此次專訪中，他回顧了自“銀河一號(hào)”開始的中國高性能計(jì)算機(jī)研發(fā)歷程和經(jīng)驗(yàn)，以及那些當(dāng)年因此而英年早逝的同事們。

他強(qiáng)調(diào)，中國超級(jí)計(jì)算機(jī)的未來發(fā)展，要綜合、協(xié)調(diào)、高效、務(wù)實(shí)，不要片面追求某些方面的高指標(biāo)。作為一種產(chǎn)業(yè)，要大力加強(qiáng)應(yīng)用技術(shù)的研究和發(fā)展。

性能提升100倍

《瞭望東方周刊》：中國高性能計(jì)算機(jī)如何起步？

周興銘：高性能計(jì)算機(jī)起源于大型計(jì)算機(jī)。70年代，我國有幾家單位研制成功了大型機(jī)，主要有北京大學(xué)的150機(jī)、國防科技大學(xué)的151機(jī)、電子部15所的DJS機(jī)等。151機(jī)是為遠(yuǎn)望號(hào)測(cè)量船研制的，后來成為“遠(yuǎn)望一號(hào)”的中心計(jì)算機(jī)。

因?yàn)槎际窃陔娮硬?38廠生產(chǎn)，在他們的序列里排序，北京大學(xué)的機(jī)器是150，國防科技大學(xué)是151。華東計(jì)算技術(shù)研究所也研制成功大型機(jī)，還援助出口給朝鮮等國家。當(dāng)時(shí)大型機(jī)的指標(biāo)是每秒鐘計(jì)算100萬次。

70年代中，國外成功發(fā)展超級(jí)計(jì)算機(jī)，在此背景下，慈云桂教授于1977年向國家提出研制每秒計(jì)算一億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)，理由是它對(duì)國防、產(chǎn)業(yè)、技術(shù)的發(fā)展都很重要。這是性能提升100倍的跨越，是國家行為。

在慈云桂教授的帶領(lǐng)下，我們于1976年就開始醞釀超級(jí)計(jì)算機(jī)。1977年，鄧小平恢復(fù)工作，在資金不足的情況下，國家還是下決心做。主管部門是國防科委，當(dāng)時(shí)主任是張愛萍，由副主任張震寰主管。目標(biāo)是軍民兩用為國家的發(fā)展服務(wù)，當(dāng)時(shí)張愛萍還給我們下了軍令狀。

1978年5月召開了方案論證會(huì)，通過專家評(píng)審，開始立項(xiàng)、研究，命名為“785超級(jí)計(jì)算機(jī)”。后來，張愛萍為其命名為“銀河”。

最初國家為這項(xiàng)任務(wù)安排了2億元人民幣，慈云桂教授帶領(lǐng)我們精打細(xì)算，只花了5000萬元，還包括建科研樓、“銀河”機(jī)房的費(fèi)用。1983年“銀河一號(hào)”做成后產(chǎn)生巨大影響，中國成為繼美國、日本之后第三個(gè)能研制超級(jí)計(jì)算機(jī)的國家。

《瞭望東方周刊》：“銀河”研制過程中的特點(diǎn)是什么？

周興銘：“銀河”的研制與之前自力更生的路子有所不同，我們瞄準(zhǔn)最先進(jìn)的技術(shù)，充分利用改革開放的條件，國外沒有的或封鎖的，我們自主創(chuàng)新，國外有又不限制的就采用“拿來主義”。

直到現(xiàn)在的“天河”系列，都是按這條道路發(fā)展的。沒有改革開放，不會(huì)有“銀河”、“天河”。

5年時(shí)間，當(dāng)時(shí)技術(shù)骨干月工資只有七八十元，幾乎每天晚上都要加班。“銀河一號(hào)”做成后，骨干人員每人發(fā)了幾百元獎(jiǎng)金，最后大家都沒要，都捐了出去。

在那些加班的日子，最好的待遇就是每晚12點(diǎn)之后食堂里的免費(fèi)水餃。吃餃子的待遇一直持續(xù)到“銀河二號(hào)”完成。

從70年代開始到90年代初，因工作強(qiáng)度大、伙食太差、營養(yǎng)不足、醫(yī)療條件落后，“銀河”科研團(tuán)隊(duì)有一批年輕人因肝炎、癌、肺病等去世，他們值得我們永遠(yuǎn)懷念。

美國人總是震驚

《瞭望東方周刊》：為什么要研發(fā)“銀河二號(hào)”？

周興銘：“銀河二號(hào)”非常具有戲劇性。“銀河一號(hào)”后，國家沒有繼續(xù)部署新的研究計(jì)劃。1986年，國家氣象局給中央寫報(bào)告，說要做5至7天以上的中長期天氣預(yù)報(bào)，需要10億次級(jí)的計(jì)算機(jī)做數(shù)值計(jì)算。

當(dāng)時(shí)他們和美國人談判時(shí)，對(duì)方答應(yīng)賣機(jī)器，但是要在機(jī)房建監(jiān)控中心，派美國人監(jiān)督使用，中國還要花很多錢支付報(bào)酬，并提供生活、居住條件。國家氣象局出于無奈，向中央提出了購買申請(qǐng)。

我們聽說后，聯(lián)名向中央寫信，說我們自己可以做10億次計(jì)算機(jī)，得到了中央領(lǐng)導(dǎo)的批準(zhǔn)。這樣，國家氣象局和我們簽訂了購機(jī)合同，購買經(jīng)費(fèi)是3000萬元。

但是，當(dāng)時(shí)資金少——遠(yuǎn)少于“銀河一號(hào)”，性能要求高——“銀河一號(hào)”的10倍，技術(shù)難度大——元器件水平只比“銀河一號(hào)”提高4倍，任務(wù)艱巨。所以，“銀河二號(hào)”是做得最艱苦的。

20世紀(jì)80年代，航天部的導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星等飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否達(dá)標(biāo)需要地面計(jì)算機(jī)模擬，美國首先做成全數(shù)字仿真計(jì)算機(jī)。航天部把這個(gè)消息帶到了國內(nèi)，希望我們用“銀河”的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)與美國仿真計(jì)算機(jī)相當(dāng)?shù)墓δ堋Ｓ谑蔷陀辛?982年到1985年研制的“銀河仿真機(jī)”。

美國原來賣給中國每臺(tái)機(jī)器一百二三十萬美元，配置也很低。我們做成后，每臺(tái)100多萬元人民幣，配置很高。研制成功后，美國人看到報(bào)道，非常驚詫。

而之前在1983年國慶節(jié)天安門游行時(shí)，圓筒狀的“銀河一號(hào)”模型走過天安門廣場(chǎng)，也引起了美國的震驚。他們認(rèn)為圓筒狀說明是抄襲他們的，實(shí)際上我們沒有他們?nèi)魏螆D紙，只是根據(jù)他們的廣告宣傳，學(xué)習(xí)了圓形連線短的設(shè)計(jì)思想。“銀河一號(hào)”許多關(guān)鍵技術(shù)是我們自主創(chuàng)新的，美國沒有。

還是被外國人賺了很多錢

《瞭望東方周刊》：你如何看當(dāng)前中國高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展情況，以及產(chǎn)業(yè)化、高精尖發(fā)展的兩條道路？

周興銘：經(jīng)過“銀河”問世至今的30年發(fā)展歷程，現(xiàn)在我國呈現(xiàn)出國防科技大學(xué)“銀河”“天河”、北京“曙光”“星云”、無錫“神威”三箭齊發(fā)的格局。

我們的一個(gè)重要變化是實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。高性能計(jì)算機(jī)普遍使用，動(dòng)力來源于科技發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步需求。流體力學(xué)計(jì)算、天氣預(yù)報(bào)、影視制作、汽車設(shè)計(jì)、生命科學(xué)信息處理、新藥研究等重大應(yīng)用，都需要高性能計(jì)算。隨著網(wǎng)絡(luò)快速擴(kuò)張發(fā)展及惠及民眾的廣泛應(yīng)用，更多的計(jì)算中心、更多的網(wǎng)站需要更多服務(wù)器支持，也需要更多的高性能計(jì)算機(jī)。

國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化的標(biāo)志性事件是成立曙光公司，通過OEM降低了機(jī)器的價(jià)格，切入市場(chǎng)。另外，華為通過通信系統(tǒng)的銷售應(yīng)用，實(shí)際上也成為服務(wù)器生產(chǎn)大戶。浪潮集團(tuán)服務(wù)器產(chǎn)業(yè)化做得也很好。不過，我們要認(rèn)識(shí)到我國的服務(wù)器產(chǎn)品在國際上占有量很少，國內(nèi)市場(chǎng)占有率也不高。

對(duì)于“普及型高性能計(jì)算機(jī)”的產(chǎn)業(yè)化，我認(rèn)為應(yīng)該是公司主導(dǎo)，由市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)去發(fā)展。但“高端高性能計(jì)算機(jī)”應(yīng)由政府主導(dǎo)。從世界范圍看，包括美國在高端機(jī)器研制、運(yùn)行都是政府出資。

高端機(jī)器必須高投入地支持研究，但也不能說高端機(jī)器就不能產(chǎn)業(yè)化。比如我們的“銀河”、“天河”系列產(chǎn)品，已賣出50多套，最近兩三年就賣出了近20套，銷售資金達(dá)20億。主要用戶是科研部門、企業(yè)、軍隊(duì)。國外來講，CRAY公司、IBM公司的產(chǎn)業(yè)化程度也非常高。

我國高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展，近年來非常重要的事情就是“863”計(jì)劃中的“天河”系列產(chǎn)品的問世，是我國攀上世界高峰的標(biāo)志性成果。

不過，可以明顯看到，我國使用的領(lǐng)域還是比較窄，許多領(lǐng)域的應(yīng)用軟件是從美國買的，美國賺了我們很多錢。在應(yīng)用上和國外相比，還有很大差距。不能只重視研制、裝備機(jī)器，要大力支持“應(yīng)用”的開發(fā)和廣泛的實(shí)用，國家“863”計(jì)劃應(yīng)該多投些錢。

《瞭望東方周刊》：2015年度的“863”計(jì)劃，首要提出發(fā)展超級(jí)計(jì)算機(jī)，著力發(fā)展高效能計(jì)算機(jī)三期。如何看這個(gè)國家計(jì)劃？

周興銘：三期的指標(biāo)是做到“天河二號(hào)”的三倍，做好、用好的難度都很大。

目前，國內(nèi)像“天河”這種“跨躍式”的創(chuàng)新發(fā)展不是很多。高性能計(jì)算發(fā)展如何從大到強(qiáng)，迎接新挑戰(zhàn)，攀登新高度，正面臨一個(gè)重要的轉(zhuǎn)折。所以，國家在高性能計(jì)算技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方面，長遠(yuǎn)規(guī)劃和可行的長遠(yuǎn)務(wù)實(shí)目標(biāo)，是持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

不管是普及型的還是高端的，我國占世界市場(chǎng)的比例都很小。要想把整體水平提上去，很重要的一條就是，要注意關(guān)鍵技術(shù)的全面協(xié)調(diào)發(fā)展，不要片面追求某些方面某些指標(biāo)的提高。

其次，要學(xué)會(huì)處理好市場(chǎng)調(diào)節(jié)與政府指導(dǎo)的關(guān)系。只靠市場(chǎng)，發(fā)展難度很大，太強(qiáng)調(diào)政府的指導(dǎo)作用，就會(huì)影響市場(chǎng)良性發(fā)展及與國外的開放合作。

科學(xué)家不要誤導(dǎo)政治家

《瞭望東方周刊》：對(duì)中國高性能計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展，你有何總體性的意見和建議？

周興銘：我國高性能計(jì)算機(jī)的裝備和使用水平，大體上與我國的經(jīng)濟(jì)實(shí)力及國際地位相當(dāng)，已經(jīng)排到世界第二。但總體上看，盡管“天河”系列性能做到世界第一，國防科大仍認(rèn)為有三個(gè)沒變：首先，西方國家在信息技術(shù)領(lǐng)域的巨大優(yōu)勢(shì)地位沒有變；其次，美國在超級(jí)計(jì)算機(jī)的研制和應(yīng)用上的主導(dǎo)地位沒有變；第三，世界各國在超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域加大競(jìng)爭(zhēng)的態(tài)勢(shì)沒有變。

關(guān)于我國今后在高性能計(jì)算方面的發(fā)展，第一，應(yīng)該更加注重綜合、協(xié)調(diào)、高效、務(wù)實(shí)發(fā)展，不要因?yàn)樵谀承┓矫娴闹笜?biāo)較為突出，就翹尾巴。

第二，要大力發(fā)展應(yīng)用。我國在研制、裝備機(jī)器方面投入很多錢，但面向各個(gè)領(lǐng)域的正在運(yùn)行的應(yīng)用程序大多購自美國，應(yīng)把相當(dāng)部分的投入花在應(yīng)用上，做這種應(yīng)用軟件，必須是既懂得領(lǐng)域計(jì)算又懂得高性能機(jī)的復(fù)合型人才。

“銀河二號(hào)”就是一個(gè)很好的例子。國家氣象中心從歐洲合作獲得氣象預(yù)報(bào)軟件，但直接運(yùn)行不盡如人意。我們專門組織一個(gè)團(tuán)隊(duì)研究改造這個(gè)軟件，使其計(jì)算性能提高了許多倍，比在美國機(jī)器上的還要快很多。

第三，我國要慎重研究微電子的發(fā)展戰(zhàn)略。國內(nèi)現(xiàn)在投入很大，期盼很高，但沒有找到成功的路子，原因在于工藝線和許多知識(shí)產(chǎn)權(quán)都是國外的，市場(chǎng)與軟件是國外產(chǎn)品統(tǒng)治。我國自主開發(fā)高性能CPU做了許多年，沒有滿意的成績。有的媒體宣傳我國做成了“完全自主”的高性能中央處理機(jī)，可能會(huì)把相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)給忽悠了，科學(xué)家不要去誤導(dǎo)政治家。

Intel在2012年初推出22納米的先進(jìn)工藝線，到現(xiàn)在已經(jīng)兩年多了，沒有新的工藝線跟進(jìn)。這已經(jīng)打破了微電子每18個(gè)月性能提高一倍成本下降一倍的摩爾定律。

現(xiàn)在是不是已經(jīng)進(jìn)入了“后摩爾時(shí)代”？我認(rèn)為，以微電子為主推動(dòng)信息技術(shù)發(fā)展的時(shí)代眼看就要到頭了，而信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的強(qiáng)勁勢(shì)頭沒有減退。國家的發(fā)展戰(zhàn)略需要非常認(rèn)真地考慮這些變化。