翻越中國(guó)高性能計(jì)算發(fā)展道路上的“三座大山”

縱觀中國(guó)高性能計(jì)算的發(fā)展，是中國(guó)科研人員艱苦奮斗、開(kāi)拓進(jìn)取的歷程，翻越了打破封鎖（1956—1995?年）、打破壟斷（1996—2015?年）和引領(lǐng)創(chuàng)新（2016?年至今）的“三座大山”（表?2），逐步縮小了與國(guó)外研制水平的差距，并最終在整機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)上取得了世界領(lǐng)先的成就。

打破封鎖

這一階段，我國(guó)在國(guó)外封鎖的條件下，研制專(zhuān)門(mén)的高性能計(jì)算機(jī)為“兩彈一星”等國(guó)家重大戰(zhàn)略需求提供支撐。研制機(jī)器的主要應(yīng)用在國(guó)防軍事領(lǐng)域，以及傳統(tǒng)科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域。代表性的系統(tǒng)包括電子管計(jì)算機(jī)（如?103?機(jī)、104?機(jī)、119?機(jī)）、晶體管計(jì)算機(jī)（如?109?乙機(jī)、109?丙機(jī)）、基于中小規(guī)模集成電路的計(jì)算機(jī)（如?DJS?系列、757?機(jī)、“銀河－I”），以及基于超大規(guī)模集成電路的計(jì)算機(jī)（如“銀河－II”“曙光一號(hào)”“曙光?1000”）。由于國(guó)內(nèi)發(fā)展電子計(jì)算機(jī)技術(shù)本身起步比國(guó)際上晚，再加上西方國(guó)家的封鎖和禁運(yùn)，這些機(jī)器的研制只能采取“全部采用國(guó)產(chǎn)器材，依靠自己的技術(shù)力量”的技術(shù)路線，大都耗費(fèi)了較長(zhǎng)的研制周期，研制成果也不可能實(shí)現(xiàn)商品化、產(chǎn)業(yè)化，但對(duì)打破國(guó)外的封鎖都具有里程碑式的意義。“曙光一號(hào)”誕生后僅?3?天，西方國(guó)家便宣布解除?10?億次計(jì)算機(jī)對(duì)中國(guó)的禁運(yùn)。

打破壟斷

隨著國(guó)內(nèi)各行各業(yè)對(duì)高性能計(jì)算的需求急劇增加并呈多樣化，以及改革開(kāi)放的浪潮，很多國(guó)外高性能計(jì)算機(jī)品牌（如?IBM、HP、SGI、SUN?等）涌入中國(guó)市場(chǎng)，這些國(guó)際巨頭在民用市場(chǎng)形成了壟斷地位。根據(jù)國(guó)家“863”計(jì)劃的部署，智能中心承擔(dān)起探索在改革開(kāi)放條件下研制高性能計(jì)算機(jī)的新路的重任，做到“既要頂天，又要立地”。曙光機(jī)群高性能計(jì)算機(jī)在市場(chǎng)上的強(qiáng)力競(jìng)爭(zhēng)，徹底改變了由國(guó)際大廠商制定的游戲規(guī)則，迫使國(guó)外大公司采取“跳樓價(jià)”。曾經(jīng)在一段時(shí)間內(nèi)，IBM?服務(wù)器在中國(guó)市場(chǎng)上的平均折扣已大到不可思議的?94％，即標(biāo)價(jià)?100?萬(wàn)美元的服務(wù)器平均只賣(mài)?6?萬(wàn)美元。正是因?yàn)樵诩夹g(shù)和市場(chǎng)兩方面都具備了能與國(guó)際巨頭媲美的實(shí)力，對(duì)很多行業(yè)應(yīng)用性能更高、價(jià)格更便宜、功耗更低，中科曙光成為國(guó)內(nèi)第一家以高性能計(jì)算機(jī)為主業(yè)的上市公司。“神威”“天河”系列超級(jí)計(jì)算機(jī)通過(guò)建設(shè)國(guó)家超算中心，也服務(wù)了大量的高性能計(jì)算的用戶。目前，高性能計(jì)算在我國(guó)科研單位、大學(xué)基本實(shí)現(xiàn)了普及。

引領(lǐng)創(chuàng)新

由于高性能計(jì)算機(jī)的“國(guó)之重器”的特殊屬性，當(dāng)中國(guó)的高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)水平發(fā)展起來(lái)后，西方國(guó)家開(kāi)始從產(chǎn)業(yè)鏈條和技術(shù)層面進(jìn)行遏制。一方面，在核心部件上“卡脖子”，如高性能處理器、高性能加速器、高性能互聯(lián)芯片；另一方面，加快發(fā)展顛覆性的架構(gòu)與核心技術(shù)。我國(guó)高性能計(jì)算的科技人員已經(jīng)意識(shí)到這一嚴(yán)峻局勢(shì)，決心走上引領(lǐng)創(chuàng)新之路?！笆锕狻薄吧裢薄疤旌印倍奸_(kāi)始自主研制高性能處理器和加速器，用自己的核心部件構(gòu)建世界上最快的計(jì)算機(jī)。2010?年?6?月，“曙光?6000”系統(tǒng)排名世界第二，從此開(kāi)啟中國(guó)高性能計(jì)算機(jī)持續(xù)占據(jù)超算排名前三甲的序幕?；?Intel MIC?異構(gòu)眾核的“天河一”“天河二”系統(tǒng)和申威片內(nèi)異構(gòu)眾核處理器的“神威·太湖之光”系統(tǒng)分別排名世界第一。基于“神威·太湖之光”超算系統(tǒng)上的應(yīng)用獲得了?Gordon Bell?獎(jiǎng)。基于海光處理芯片的“曙光?8000”（Nebula－AI）的多個(gè)負(fù)載的實(shí)測(cè)性能也超過(guò)了排名世界第一的Summit。

在面向數(shù)據(jù)密集、人工智能、生物基因測(cè)序等新型應(yīng)用上，智能中心發(fā)展了突破性的架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)。智能中心早在研制“曙光?4000”系統(tǒng)的時(shí)候就開(kāi)始把數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用作為重要的負(fù)載，針對(duì)應(yīng)用負(fù)載呈現(xiàn)的訪存空間不規(guī)則、訪存時(shí)間也不規(guī)則、計(jì)算－訪存比低的科學(xué)問(wèn)題，發(fā)展了高通量計(jì)算的基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)、核心芯片與整機(jī)系統(tǒng)。針對(duì)人工智能應(yīng)用，發(fā)展了基于“寒武紀(jì)”神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器的智能超算系統(tǒng)，性能預(yù)計(jì)將沖擊世界最高指標(biāo)。

相關(guān)文章