“天河一號”橫空出世國計民生息息相關(guān)

潘 婷

在國防科學技術(shù)大學近千平方米的巨大機房中，記者見到了“天河一號”。103臺灰白色的計算機機柜整齊列陣，機身上的小指示燈漸次閃爍。機房中，每臺機位的上下兩個抽屜式電風扇讓機房中充斥著陣陣涼風。

超級計算機研制困難重重

當今世界，高性能計算已成為理論和試驗之外的第三種科學研究手段，是推動科技創(chuàng)新和經(jīng)濟社會發(fā)展的戰(zhàn)略性技術(shù)。各大國紛紛投入巨資研制開發(fā)超級計算機系統(tǒng)，以提升綜合國力和科技競爭力。

在2009年6月公布的世界超級計算機500強(TOP500)中，美國占據(jù)291席，歐洲占據(jù)145席，亞洲僅占十幾席。與發(fā)達國家相比，我國不僅在計算能力上相差一個量級，裝機數(shù)量也相去甚遠。那么，要研制成功“天河一號”這樣的巨型計算機，研究人員面臨的最重要的技術(shù)難點主要有哪些?

“天河號”工程重要參與者、國防科學技術(shù)大學計算機學院的李思昆教授告訴記者，任何一臺巨型計算機的研制都必須要解決以下幾大難題。

首先，在體系結(jié)構(gòu)方面。一臺計算機從百萬億次到千萬億次的躍升并不只是一個簡單的數(shù)字上的變化，而需要在其體系結(jié)構(gòu)上進行大量的創(chuàng)新和調(diào)整?！叭绻瓉硎?0個人來完成某項工作，現(xiàn)在就相當于要有100個甚至1000個人來完成一項工作。每個人的工作怎么分配，人與人之間如何分工合作、如何互聯(lián)協(xié)調(diào)就變得極其重要。否則，就很難保證1000個人的工作效率就比100個人高。很可能這1000個人的內(nèi)耗巨大，或者經(jīng)常需要返工，而導致工作效率低于100個人的效率?！币鉀Q這些問題，就需要設計出一套讓這數(shù)千個部件可以和諧互聯(lián)的體系系統(tǒng)。

第二點，如何來應對錯誤。李思昆教授告訴記者，“天河一號”有1萬余個部件，從科學角度來講，故障是不可避免的，“這就需要設計出一套機制來保證某個部件的錯誤不至于影響到整個系統(tǒng)的運作，此外還可以盡快找到并排除錯誤”。

第三點，就是要解決能耗問題。巨型計算機的能耗極大，即使是效能已經(jīng)很高的“天河一號”，耗電量也達到1280kW/h?！耙粋€美國科學家曾經(jīng)說過，‘如果不解決能耗問題，那么巨型計算機就只能和核電站建在一起了”，而美國就打算把未來的超級計算機建在海邊，因為核電站需要用海水來為核反應堆降溫。

超級計算機與國計民生息息相關(guān)

在“天河一號”機房的一臺顯示器前，記者看到了“天河一號”計算并預報的2009年8月9日襲擊臺灣的“莫拉克”臺風的走勢圖。從這段動畫中可以清晰地看到中心風力和走勢，而這次預報被證實與后來的真實情況基本相同，準確率極高。

除了氣象預報領(lǐng)域，超級計算機在很多和國計民生相關(guān)的重要領(lǐng)域都發(fā)揮著舉足輕重的作用。

“天河一號”工程重要參與者、國防科學技術(shù)大學計算機學院竇文華教授為記者展示了一段美國總統(tǒng)信息技術(shù)顧問委員會2005年6月對總統(tǒng)提交的報告，報告中說-計算科學對國家保持科學研究領(lǐng)導地位、提高經(jīng)濟競爭力以及維護國土安全發(fā)揮了重要作用。該委員會確信，計算科學是21世紀最重要的技術(shù)領(lǐng)域之一，因為它對整個社會的進步起著基礎(chǔ)性的作用。

而美國國家研究委員會計算機科學與通信部2004年11月也提交過以下報告：為滿足美國現(xiàn)在和未來的需求，政府部門應該和國會一起在加速超級運算發(fā)展和確保國家在持有多個強有力的軟硬件供應方面擔負起主要職責。

從這兩份報告中，可以充分表明美國以及世界各國對發(fā)展超級計算機重要意義的認識。

此外，“天河一號”工程辦公室主任李楠還通過幾個例子，向記者展示了巨型計算機在國計民生各關(guān)鍵領(lǐng)域的支撐性作用。

在制藥領(lǐng)域中，巨型計算機出現(xiàn)前，一種新藥的問世要經(jīng)過原理研究、動物實驗、志愿者實驗等數(shù)個步驟，整個研制周期在15年左右。而如今，很多基礎(chǔ)性的實驗和計算工作都可以由巨型計算機來完成，一種新藥的研制周期可以縮短為3～5年。“一種新藥可以改變?nèi)祟惖拿\，比如盤尼西林，就以其廣譜抗菌能力，挽救了無數(shù)人的生命”，李楠說。

在飛機制造領(lǐng)域，巨型計算機也發(fā)揮了不可替代的作用。以前，飛機確定外形需要在風洞中進行大量實驗?！氨热?，某型號的波音飛機在確定外形前就在風洞中進行了3年的定型試驗。而現(xiàn)在，通過巨型計算機強大的計算能力和模擬技術(shù)，大量的實驗可以通過計算機計算和模擬而省去，周期可以縮短到3～6個月”。

在石油勘探領(lǐng)域，巨型計算機也發(fā)揮著重要的作用。李楠主任告訴記者，1983年面世的“銀河一號”超級計算機，其當時研制的主要目的就是為了石油勘測?！拔覀儺敃r要從美國進口相關(guān)的計算機，但是美國人不允許我們進核心控制室，所以，國家當時就下定決心要研制出自己的超級計算機”。

可見，“天河一號”的誕生，是我國高性能計算機技術(shù)發(fā)展的又一重大突破，是國家和軍隊信息化建設的又一重要成果，標志著我國超級計算機研制能力實現(xiàn)了從百萬億次到千萬億次的重大跨越，我國成為繼美國之后第二個能研制千萬億次超級計算機系統(tǒng)的國家，對提升綜合國力具有重要的戰(zhàn)略意義。

另據(jù)介紹，“天河一號”將于2009年年底至2010年在天津濱海新區(qū)安裝部署。投入使用后，國家超級計算天津中心將成為我國首個具有千萬億次計算能力的“超算”中心，也是世界上少數(shù)幾個具有千萬億次計算能力的“超算”中心之一，將有力帶動天津濱海新區(qū)高科技服務產(chǎn)業(yè)發(fā)展和高端信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為經(jīng)濟、社會發(fā)展提供高科技支撐。