軍中有支超算“戰(zhàn)隊”

張強(qiáng)

近日，由國防科技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院為國家超算廣州中心研制的新一代國產(chǎn)超級計算系統(tǒng)——“天河星逸”發(fā)布。“天河星逸”系統(tǒng)以應(yīng)用為中心，在通用CPU計算能力、存儲能力以及應(yīng)用服務(wù)能力等多方面較“天河二號”實現(xiàn)倍增。

據(jù)了解，1993年，該學(xué)院被中央軍委授予“科技攻關(guān)先鋒”榮譽(yù)稱號，至今已30余年。30多年前，這支團(tuán)隊創(chuàng)造出“銀河-Ⅱ”巨型計算機(jī)系統(tǒng)。如今，“天河”新一代超級計算機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)啟動運(yùn)行。

從研究小組到國家“戰(zhàn)隊”，從打破壟斷到世界第一……國防科技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院這支軍中勁旅始終把服務(wù)重大戰(zhàn)略需求作為崇高使命，為國家創(chuàng)造了一個又一個超算奇跡。

2010年11月14日，國際TOP500組織在網(wǎng)站上公布了最新全球超級計算機(jī)前500強(qiáng)排行榜，中國千萬億次超級計算機(jī)系統(tǒng)“天河一號”雄居第一。

在“天河一號”首次登上世界超算之巔的那一刻，國防科技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院天河團(tuán)隊驕傲地舉起刻有“中國制造”的金色獎牌。“天河一號”總設(shè)計師楊學(xué)軍激動地說：“我們做了一件讓自己滿意的事，一件讓中國人揚(yáng)眉吐氣的事！”

科研創(chuàng)新是孤獨(dú)的苦旅。他們步履匆匆，目光始終瞄準(zhǔn)世界最前沿。

“我們要走別人沒有走過的路?！睏顚W(xué)軍說。為完成“天河一號”，他帶領(lǐng)團(tuán)隊在世界上率先采用CPU+GPU異構(gòu)融合體系。團(tuán)隊的一名骨干教授負(fù)責(zé)更好地發(fā)揮GPU性能。為了提升GPU的計算效率，這位教授對市場上20多種型號的GPU進(jìn)行安裝測試，僅試型號就耗費(fèi)了3個月。每天進(jìn)行100多次實驗，連續(xù)進(jìn)行4個月，在8萬余次優(yōu)化改進(jìn)后，他終于將GPU的計算效率從國際公認(rèn)的20%提高到70%，讓這條獨(dú)創(chuàng)的技術(shù)路線一躍成為國際主流。

雖然榮膺世界第一，但團(tuán)隊無暇慶功。他們首先開了一個“醒腦會”，將目光投向未來，投向與世界超算強(qiáng)國的新戰(zhàn)役。

2011年6月，“天河一號”被擠下榜首，外界有評論稱“天河一號”的成功不過是曇花一現(xiàn)。這些聲音并未讓團(tuán)隊成員們氣餒。他們保持沉默，繼續(xù)攻堅克難。2013年6月，“天河二號”超級計算機(jī)系統(tǒng)再摘世界桂冠。隨后，團(tuán)隊不斷刷新世界超算紀(jì)錄，拿下世界排名“六連冠”，一次次向世界證明著中國實力。

“假如人生能實現(xiàn)一個夢，我的夢，就是讓中國在世界高性能計算機(jī)領(lǐng)域擁有一席之地?！边@是“中國巨型計算機(jī)之父”慈云桂生前所言。時光荏苒，30余年過去，慈云桂的夢想仍然深深烙在每位團(tuán)隊成員的心中。

國防科技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院某重點(diǎn)實驗室有個11人的科研團(tuán)隊。正是這支人數(shù)“迷你”的團(tuán)隊，在國際上率先開啟量子計算“稱霸標(biāo)準(zhǔn)”研究，并研發(fā)了新型光量子計算芯片，成功主持研制國際首臺面向圖論問題的光量子計算系統(tǒng)。

這個團(tuán)隊名為“QUANTA”，意為“一群來自IT領(lǐng)域的量子的粉絲”?！傲孔佑嬎闶俏磥碲厔?，是超算的一條新技術(shù)路線。無論多么困難，學(xué)院都會支持我們走下去?！痹搱F(tuán)隊負(fù)責(zé)人說。

“這山望著那山高”，似乎是從事超算的科學(xué)家們共同的“調(diào)性”。

這個“調(diào)”是慈云桂定下來的。他提出研發(fā)巨型計算機(jī)時，我國正值動蕩歲月，每秒百萬次中心處理機(jī)還在圖紙階段，但他卻認(rèn)為：“我們不僅要吃著碗里的，看著鍋里的，還要想著米缸里的。現(xiàn)在，那些遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在我們前面的國家，還在你追我趕，相互競爭。如果我們的目光只盯著腳趾前的一小塊地方，那么在世界計算機(jī)領(lǐng)域里，將永遠(yuǎn)沒有我們中國人的一席之地！”

從百萬次一躍到億次，需要跨越多少技術(shù)鴻溝？國防科技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院院史館內(nèi)展示了我國自行設(shè)計和研制的第一臺每秒運(yùn)算速度達(dá)億次的巨型計算機(jī)——“銀河-I”的內(nèi)部構(gòu)造。這臺巨型計算機(jī)內(nèi)密密麻麻的布線讓人眼花繚亂。筆者發(fā)現(xiàn)，這些布線竟然都是手工制作——全機(jī)底板2.5萬條繞接線、12萬個繞接點(diǎn)無一錯漏；800多塊多層印刷板上、每塊板上平均5000個金屬化孔全部通過測試；200多萬個焊點(diǎn)無一虛焊。

1986年，在“銀河-Ⅱ”巨型計算機(jī)設(shè)計階段，總師周興銘曾突然叫停大家干了大半年的單機(jī)處理方案，提出雙處理機(jī)系統(tǒng)方案。但方案剛敲定，周興銘卻發(fā)現(xiàn)一家公司已經(jīng)在嘗試研發(fā)四處理機(jī)系統(tǒng)技術(shù)了。于是他當(dāng)機(jī)立斷，決定研制四處理機(jī)系統(tǒng)?！斑@么變來變?nèi)?，要變到何時？”面對質(zhì)疑，周興銘力排眾議。他說：“要干就干一流的，這是我們‘銀河人’的傳統(tǒng)?！?/p>

4年后，“銀河-Ⅱ”研制成功，速度比合同規(guī)定指標(biāo)快了近3倍，再次打破了國外在巨型機(jī)領(lǐng)域?qū)χ袊姆怄i。

在“銀河-Ⅲ”巨型計算機(jī)的研制過程中，大規(guī)模并行處理技術(shù)（MPP）路線剛剛出現(xiàn)，這一前沿技術(shù)研制難、應(yīng)用難，讓許多大公司都栽了跟頭?？値煑顚W(xué)軍決定：“為了實現(xiàn)更大突破，挑戰(zhàn)MPP路線！”最終，團(tuán)隊成功攻克MPP路線難題，讓“銀河-Ⅲ”的速度相比“銀河-Ⅱ”提高了10倍，體積卻縮小了6倍。

大任務(wù)需要體系設(shè)計，團(tuán)隊作戰(zhàn)向來是國防科技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院的傳統(tǒng)。參研過多代“銀河”系統(tǒng)的一位科研人員回憶道，在“銀河-Ⅱ”團(tuán)隊中，有從全軍抽調(diào)的戰(zhàn)士，有“哈軍工”來的老師，也有剛畢業(yè)的學(xué)生……總師除了要下沉到基層解決問題，還要把每位同志安排到最合適的崗位。

“每個人的工作都在‘銀河’大系統(tǒng)里運(yùn)轉(zhuǎn)，千萬根線，錯一根，都不行?！边@位科研人員說，這支多元化的隊伍完成了各種任務(wù)和系統(tǒng)設(shè)計，并不斷更新、完善機(jī)器性能。

“我們首先是軍人。只要國家需要，我們都會義無反顧?！眻F(tuán)隊的另一位科研人員說。

計算機(jī)學(xué)院前坪那片以“銀河”命名的寬闊廣場，見證了團(tuán)隊奪冠的輝煌，更見證了無數(shù)個日夜團(tuán)隊在寂寞中堅守的時光。

2020年底至2021年，團(tuán)隊成員在這片廣場召開了一場又一場的露天例會。

參與會議的科研參謀還留存著第一次露天開會的照片?？諘鐭o人的校園廣場中，他們的頭發(fā)被風(fēng)吹得亂糟糟，耳朵凍得紅通通，但眼神都亮晶晶。凜冽的寒風(fēng)和胸中滾燙的使命感，共同構(gòu)成了這幅動人的畫面。

30年來，“胸懷祖國、團(tuán)結(jié)協(xié)作、志在高峰、奮勇拼搏”的“銀河精神”從未因歲月而失色，反而在時間的洗禮中歷久彌新。