中國超級計算機發展歷程

陳卓+王笑

在最新發布的超級計算機全球排行榜中，無錫國家超級計算中心的“神威太湖之光”排名世界第一，它的運算能力達到每秒93.01千萬億次。這意味著，“神威太湖之光”運算1小時，相當于13億人同時用計算器計算近3000年。如此驚人的運算速度，使超級計算機成為“計算機領域的珠穆朗瑪峰”。

超級計算機是一個國家的重要資源，對國家的安全、經濟和社會發展具有舉足輕重的意義。他的應用與國計民生密不可分，諸多重大國家工程都依賴于這種運算能力超強的機器。可能很多人覺得超級計算機與我們沒有什么關系，但實際上并非如此，因為高端領域取得的進展會直接影響中低端領域，進而影響到我們的生活。

一、什么是超級計算機？超級計算機是能夠執行一般個人電腦無法處理的大資料量與高速運算的電腦。其基本組成組件與個人電腦的概念無太大差異，但規格與性能則強大許多，是一種超大型電子計算機。超級計算機是計算機中功能最強、運算速度最快、存儲容量最大的一類計算機，多用于國家高科技領域和尖端技術研究，是一個國家科研實力的體現，是國家科技發展水平和綜合國力的重要標志。把普通計算機的運算速度比做成人的走路速度，那么超級計算機就達到了火箭的速度。這樣的運算速度，人們可通過數值模擬來預測和解釋以前無法實驗的自然現象。

二、我國超級計算機的起源與發展。我國的超級計算機研制起步于60年代，經歷了三個階段：第一階段，自60年代末到70年代末，主要從事大型機的并行處理技術研究；第二階段，自70年代末至80年代末，主要從事向量機及并行處理系統的研制；第三階段，自80年代末至今，主要從事MPP系統及工作站集群系統的研制。

早在1958年，我國成功研制了首臺數字電子計算機——103機，開啟了我國在超級計算機領域的探索之路。1983年，我國成功研制“銀河”系列超級計算機，至此，我國具備了進行中期數值天氣預報的能力。從1992年開始，我國超級計算機的研發速度明顯加快。經過幾十年的不懈努力，我國的超級計算機系統研制已取得了豐碩成果。2010年，我國研制的“天河一號”成為世界上運算速度最快的計算機。此后，“天河二號”“神威太湖之光”穩居榜首。隨著一批國產高端計算機系統的出現，我國成為繼美國、日本之后，第三個具備研制高端計算機系統能力的國家。

三、超級計算機給人們生活帶來的改變。超級計算機的應用領域十分廣泛。我們日常生活中經常接觸到的氣象、醫藥、交通、城市防震減災等領域。工業工程上的應用，如地質勘測、航空航天、飛機船舶的設計等，都離不開超級計算機的運算和檢測。

1.氣象預報領域。氣象預報是超級計算機最重要的應用領域之一。我們每天收聽、收看的氣象預報就是由超級計算機運算和檢測大量數據得來的。在大型網絡中，巨量數據的管理和大量信息的計算，用普通電腦是不能完成的，所以，這些大型數學問題的解決只有依靠超級計算機。超級計算機通過對氣象衛星偵察的信息進行集中化數據處理、量化分析和建模分析后，得出更精準的數據，從而快速預測氣候變化，以減輕氣候變化給人類帶來的種種破壞。

2.醫藥領域。在醫藥領域中，超級計算機也顯示出了巨大的“威力”。利用超級計算機在制藥過程中進行分子級別的量化配方分析，使制藥成分更科學、更合理，并且做到劑量成分適中，為人類制藥帶來了更加便捷的條件。

3.交通領域。在交通領域中，超級計算機可以用來認識和改進汽車、飛機或輪船等交通工具的空氣流體動力學、燃料消耗、結構設計、防撞性，并幫助減少噪音等，大大提高了乘坐者的安全性和舒適度。

4.防震減災領域。在防震減災領域中，超級計算機通過對地震的模擬，能幫助人類探索地震預測方法，從而減輕與地震相關的風險，給人類生活安全提供了更加可靠的保障。

綜上可以看出，超級計算機不僅可以幫助科學家解決大科學、大工程、大數據等前沿問題，也承擔著對日常信息的需求、提升產業創新能力。此外，超級計算機還有一些與我們的生活息息相關的用途，豐富和改變著我們的生活。以“天河二號”為例，讓我們深入地了解超級計算機，揭開超級計算機的神秘面紗。“天河二號”是由國防科學技術大學研制的超級計算機系統，以峰值計算速度每秒54.9千萬次、持續計算速度每秒33.9千萬次雙精度浮點運算的優異性能，連續六次穩居全球超級計算機五百強的榜首，成為全球最快超級計算機。“天河二號”超級計算機在我們生活中的用途無處不在。在衣食住行方面，到處都有“天河二號”的影子。“天河二號”能夠協助進行新材料的研發，使我們的衣服更加舒適、更加美觀。“天河二號”能夠幫助進行水稻、玉米、生豬等動植物的基因分析研究，改良它們的品種，使我們吃得更加健康、更加安全。“天河二號”可以調整建筑物的抗震防風設計，使我們住得更加穩當。“天河二號”可以輔助新型汽車、飛機和高鐵的設計制造，甚至是指導我們的出行線路，改善我們的交通條件。更出乎意料的是，“天河二號”在電影娛樂方面也能大顯身手。當年紅極一時的電影《阿凡達》的動漫渲染制作整整耗時一年多才完成，如果當初能夠使用“天河二號”，僅僅一個月的時間就可以渲染完成。此外，《熊出沒之雪嶺熊風》這部3D電影，技術含量在業界堪稱頂級，廣受好評。據了解，這部影片也是動用了全世界運算速度最快的超級計算機——“天河二號”計算機，為影片進行特效渲染。

四、超級計算機的發展方向。當前，我國的超級計算機盡管擁有了世界一流的運算能力，但在超級計算機的應用領域還未能充分發揮其功能和作用。一方面，這與我國科研開發模式有關，在獲得財政支持后，科研團隊往往只負責完成科研項目，不會為商業化提供可行性方案。超級計算機未能充分投入商用，將造成巨大的資源浪費。另一方面，與部分企業對超級計算機“貌似熟悉，實則不甚了然”的情況有關。

2014年4月，“天河二號”試運行對外開放，但只有120家企業和研究機構選擇試用，許多商用飛機公司寧可使用陳舊過時的計算平臺也不愿意采納新技術。要充分應用超級計算機，既需要相關部門和科研團隊進行富有針對性地推廣、宣傳，更需要鼓勵企業積極接觸、嘗試新技術，發揮前沿科技的潛能，讓超級計算機真正的造福社會、惠及百姓。

（作者單位：遼寧科學技術情報研究所）