李沛

2020年12月4日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)宣布該校潘建偉等人成功構(gòu)建76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，求解數(shù)學(xué)算法高斯玻色取樣只需200秒，而目前世界最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)“富岳”要用6億年。

這一突破使我國(guó)成為繼美國(guó)之后全球第二個(gè)實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國(guó)家。從早期的“算力不足恐懼癥”，到現(xiàn)在的世界領(lǐng)先水平，中國(guó)超算經(jīng)歷了什么？

令人酸楚的“玻璃房”

1959年，中國(guó)第一臺(tái)大型電子計(jì)算機(jī)104機(jī)試制成功，并立即應(yīng)用于原子彈相關(guān)研制工作，這臺(tái)計(jì)算機(jī)每秒可完成1萬(wàn)次浮點(diǎn)運(yùn)算。同期被公認(rèn)的超級(jí)計(jì)算機(jī)鼻祖，IBM公司開(kāi)發(fā)的7030機(jī)，浮點(diǎn)運(yùn)算性能約為每秒60萬(wàn)次。

超級(jí)計(jì)算機(jī)，對(duì)于此時(shí)的中國(guó)人而言，還是遙不可及的夢(mèng)想。

1965年9月，第九研究院理論部副主任于敏帶領(lǐng)幾十位研究人員趕赴上海，利用當(dāng)時(shí)華東計(jì)算所剛剛研制成功的J501電子計(jì)算機(jī)開(kāi)展突破氫彈原理的會(huì)戰(zhàn)，歷時(shí)三個(gè)多月。此即中國(guó)兩彈研制中里程碑意義的“百日會(huì)戰(zhàn)”。

這臺(tái)設(shè)備運(yùn)算速度約為每秒5萬(wàn)次，已經(jīng)是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)性能最強(qiáng)的計(jì)算機(jī)。

氫彈原理突破17個(gè)月之后，1967年6月17日，中國(guó)成功進(jìn)行了氫彈試驗(yàn)，標(biāo)志著中國(guó)人完全掌握了第一代核武器技術(shù)。

但是，進(jìn)入20世紀(jì)70年代，核武器研究團(tuán)隊(duì)得出了嚴(yán)酷的結(jié)論：“沒(méi)有運(yùn)算速度達(dá)每秒一億次以上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，就搞不出第二代核武器”。

1976年末，即將卸任的美國(guó)總統(tǒng)福特意外簽發(fā)了兩臺(tái)Cyber172型入門級(jí)超算對(duì)華出口許可，用于中國(guó)石油地質(zhì)勘探部門的數(shù)據(jù)處理，以此表達(dá)對(duì)中國(guó)的善意。中國(guó)第一次有了接近世界水平的高速計(jì)算設(shè)備。

然而，為了防止中方將超算用于其他領(lǐng)域，美方對(duì)這兩臺(tái)設(shè)備的性能做了降級(jí)處理，并設(shè)置了嚴(yán)苛的條件：機(jī)房鑰匙由美方人員掌管，上機(jī)需要美方人員審核監(jiān)督。這就是在中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)發(fā)展史上令人酸楚的“玻璃房”故事。

此后，中方又趁熱打鐵，與日立公司達(dá)成協(xié)議，購(gòu)入3臺(tái)日立M系列大型計(jì)算機(jī)用于氣象預(yù)報(bào)工作。1978年2月，卡特政府批準(zhǔn)這一出口申請(qǐng)，但是仍然要求日方在對(duì)華出口版本上大幅降低性能，在出口的前三年安排日方人員值守機(jī)房，中方的上機(jī)操作內(nèi)容必須向日立公司總部提交匯總報(bào)告。

旁人的冷眼與嘲笑是前進(jìn)的動(dòng)力，在一而再的刺激下，中國(guó)人深刻意識(shí)到自力更生是唯一出路。

研制中國(guó)自己的“巨型機(jī)”

1978年3月，中央軍委主席鄧小平親自主持了巨型計(jì)算機(jī)研制工作會(huì)議，下定決心研制中國(guó)人自己的超算，以解決國(guó)防建設(shè)等領(lǐng)域緊迫的大型科學(xué)計(jì)算問(wèn)題。他對(duì)參會(huì)人員表示：“中國(guó)要搞四個(gè)現(xiàn)代化，不能沒(méi)有巨型機(jī)！”。

1978年5月，國(guó)防科委決定由國(guó)防科技大學(xué)承擔(dān)巨型機(jī)研制任務(wù)。中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)的研發(fā)正式展開(kāi)。

超級(jí)計(jì)算機(jī)規(guī)劃性能為每秒1億次浮點(diǎn)運(yùn)算，比中國(guó)此前研制過(guò)的最先進(jìn)計(jì)算機(jī)還要快一百倍，技術(shù)跨度如此之大的研制任務(wù)在計(jì)算機(jī)發(fā)展史上是極為罕見(jiàn)的。

在總指揮慈云桂教授的帶領(lǐng)下，研發(fā)團(tuán)隊(duì)選擇了當(dāng)時(shí)世界第一超算——美國(guó)的Cray-1作為總體架構(gòu)參考;再自上而下拆解部件、材料和設(shè)備需求，國(guó)內(nèi)沒(méi)有的，果斷引進(jìn)。

得益于正確的戰(zhàn)略和得力的執(zhí)行，巨型機(jī)項(xiàng)目?jī)H僅歷時(shí)五年就完成研制任務(wù)，較原定規(guī)劃提前了整整一年，研制費(fèi)用也不到原先預(yù)計(jì)的五分之一，為國(guó)家節(jié)省了大量經(jīng)費(fèi)。

1983年12月26日，中國(guó)第一臺(tái)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)“銀河一號(hào)”通過(guò)國(guó)家技術(shù)鑒定，這標(biāo)志著中國(guó)成為繼美國(guó)、日本之后，第三個(gè)能獨(dú)立設(shè)計(jì)和制造超級(jí)計(jì)算機(jī)的國(guó)家。

此后，國(guó)防科大又相繼完成銀河二號(hào)、三號(hào)、四號(hào)、五號(hào)超算的研制，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)算性能從每秒億次到十億次，百億次、萬(wàn)億次、十萬(wàn)億次的突破。

特別是鮮為人知的銀河五號(hào)（銀河-V），計(jì)算性能與當(dāng)時(shí)美國(guó)最強(qiáng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，用于完整仿真核試驗(yàn)的ASCI White機(jī)組處于同一數(shù)量級(jí)，保障了中國(guó)核心國(guó)防科學(xué)計(jì)算任務(wù)的實(shí)現(xiàn)。

2009年，國(guó)防科大正式對(duì)外公開(kāi)了新一代千萬(wàn)億次級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)——“天河”系列，令世界震動(dòng)。天河一號(hào)的峰值性能達(dá)到每秒1206萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算，使中國(guó)成為美國(guó)之后、全球第二個(gè)能夠制造千萬(wàn)億次超算的國(guó)家。

一年之后，天河一號(hào)再次創(chuàng)造了歷史。

天河一號(hào)改進(jìn)型天河-1A，以峰值性能每秒4700萬(wàn)億次、持續(xù)性能每秒2507萬(wàn)億次的數(shù)據(jù)超越美國(guó)的美洲豹（Jaguar）超級(jí)計(jì)算機(jī)，第一次登頂世界超算TOP500排行榜。

2013年6月，天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)正式亮相，其峰值性能每秒5.49億億次、持續(xù)性能每秒3.38億億次的表現(xiàn)，甩開(kāi)第二名美國(guó)的“泰坦”超級(jí)計(jì)算機(jī)接近一倍，毫無(wú)爭(zhēng)議地成為世界超算TOP500排行榜王者。

由于它性能太過(guò)領(lǐng)先，成為過(guò)去12年里占據(jù)TOP500榜首位置時(shí)間最長(zhǎng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)。

對(duì)此，美國(guó)人的反應(yīng)非常直接和“本色”。2015年4月，就在天河二號(hào)“改進(jìn)版”試圖將計(jì)算性能再次翻番的前夕，美國(guó)商務(wù)部決定禁止向中國(guó)4家超算機(jī)構(gòu)（國(guó)家超級(jí)計(jì)算長(zhǎng)沙中心、廣州中心、天津中心和國(guó)防科技大學(xué)）出售英特爾芯片。

中國(guó)超算成功“登頂”

然而，這次對(duì)天河超算研制力量看似周密的“定點(diǎn)清除”式打擊，并沒(méi)有起到美國(guó)人預(yù)想的作用。

2016年6月，接替天河二號(hào)排行榜王座的仍然是一臺(tái)中國(guó)超算——神威·太湖之光。這臺(tái)新機(jī)的持續(xù)運(yùn)算性能達(dá)到每秒9.3億億次，是天河二號(hào)的三倍。

更重要的是，神威·太湖之光沒(méi)有使用美國(guó)CPU、GPU部件，而是使用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的SW26010處理器。美國(guó)的制裁長(zhǎng)臂已經(jīng)“鞭長(zhǎng)莫及”。

神威·太湖之光接力天河二號(hào)的同時(shí)，TOP500超算榜單上榜的中國(guó)超算一共達(dá)到了167臺(tái)，超過(guò)了美國(guó)的165臺(tái)。此前，全球沒(méi)有任何一個(gè)國(guó)家取得過(guò)如此成就。

上榜的這167臺(tái)中國(guó)超算，幾乎是清一色的國(guó)產(chǎn)品牌，而僅僅在10年前，中國(guó)市售高性能計(jì)算機(jī)的大部分份額還屬于惠普、IBM等國(guó)外廠商。

榜單上標(biāo)注的中國(guó)超算還不是產(chǎn)業(yè)影響力的全部，在媒體聚光燈之外，中國(guó)廠商在國(guó)際超算市場(chǎng)上，也已經(jīng)不經(jīng)意間建立了絕對(duì)競(jìng)爭(zhēng)力。

以2020年6月TOP500榜單為例，安裝地在中國(guó)的超算達(dá)到226套，美國(guó)以114套的懸殊差距排名第二。如果進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)各國(guó)超算的生產(chǎn)地，則僅僅三家中國(guó)廠商（聯(lián)想、浪潮、曙光）就制造了榜單上超過(guò)60%的超算設(shè)備。

中國(guó)超算產(chǎn)業(yè)在全球市場(chǎng)已經(jīng)建立起了統(tǒng)治性份額，這種翻天覆地的變化，比榜首位置的爭(zhēng)奪影響更為深遠(yuǎn)。

（鄭源薦自《華聲》）