潘 婷

在國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)近千平方米的巨大機(jī)房中，記者見到了“天河一號(hào)”。103臺(tái)灰白色的計(jì)算機(jī)機(jī)柜整齊列陣，機(jī)身上的小指示燈漸次閃爍。機(jī)房中，每臺(tái)機(jī)位的上下兩個(gè)抽屜式電風(fēng)扇讓機(jī)房中充斥著陣陣涼風(fēng)。

超級(jí)計(jì)算機(jī)研制困難重重

當(dāng)今世界，高性能計(jì)算已成為理論和試驗(yàn)之外的第三種科學(xué)研究手段，是推動(dòng)科技創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(jí)計(jì)算機(jī)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(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)(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(dá)國家相比，我國不僅在計(jì)算能力上相差一個(gè)量級(jí)，裝機(jī)數(shù)量也相去甚遠(yuǎn)。那么，要研制成功“天河一號(hào)”這樣的巨型計(jì)算機(jī)，研究人員面臨的最重要的技術(shù)難點(diǎn)主要有哪些?

“天河號(hào)”工程重要參與者、國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院的李思昆教授告訴記者，任何一臺(tái)巨型計(jì)算機(jī)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(tái)計(jì)算機(jī)從百萬億次到千萬億次的躍升并不只是一個(gè)簡單的數(shù)字上的變化，而需要在其體系結(jié)構(gòu)上進(jìn)行大量的創(chuàng)新和調(diào)整。“如果原來是10個(gè)人來完成某項(xiàng)工作，現(xiàn)在就相當(dāng)于要有100個(gè)甚至1000個(gè)人來完成一項(xiàng)工作。每個(gè)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(gè)人的工作效率就比100個(gè)人高。很可能這1000個(gè)人的內(nèi)耗巨大，或者經(jīng)常需要返工，而導(dǎo)致工作效率低于100個(gè)人的效率?！币鉀Q這些問題，就需要設(shè)計(jì)出一套讓這數(shù)千個(gè)部件可以和諧互聯(lián)的體系系統(tǒng)。

第二點(diǎn)，如何來應(yīng)對(duì)錯(cuò)誤。李思昆教授告訴記者，“天河一號(hào)”有1萬余個(gè)部件，從科學(xué)角度來講，故障是不可避免的，“這就需要設(shè)計(jì)出一套機(jī)制來保證某個(gè)部件的錯(cuò)誤不至于影響到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作，此外還可以盡快找到并排除錯(cuò)誤”。

第三點(diǎn)，就是要解決能耗問題。巨型計(jì)算機(jī)的能耗極大，即使是效能已經(jīng)很高的“天河一號(hào)”，耗電量也達(dá)到1280kW/h?！耙粋€(gè)美國科學(xué)家曾經(jīng)說過，‘如果不解決能耗問題，那么巨型計(jì)算機(jī)就只能和核電站建在一起了”，而美國就打算把未來的超級(jí)計(jì)算機(jī)建在海邊，因?yàn)楹穗娬拘枰煤Ｋ畞頌楹朔磻?yīng)堆降溫。

超級(jí)計(jì)算機(jī)與國計(jì)民生息息相關(guān)

在“天河一號(hào)”機(jī)房的一臺(tái)顯示器前，記者看到了“天河一號(hào)”計(jì)算并預(yù)報(bào)的2009年8月9日襲擊臺(tái)灣的“莫拉克”臺(tái)風(fēng)的走勢(shì)圖。從這段動(dòng)畫中可以清晰地看到中心風(fēng)力和走勢(shì)，而這次預(yù)報(bào)被證實(shí)與后來的真實(shí)情況基本相同，準(zhǔn)確率極高。

除了氣象預(yù)報(bào)領(lǐng)域，超級(jí)計(jì)算機(jī)在很多和國計(jì)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(hào)”工程重要參與者、國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)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(huì)2005年6月對(duì)總統(tǒng)提交的報(bào)告，報(bào)告中說-計(jì)算科學(xué)對(duì)國家保持科學(xué)研究領(lǐng)導(dǎo)地位、提高經(jīng)濟(jì)競爭力以及維護(hù)國土安全發(fā)揮了重要作用。該委員會(huì)確信，計(jì)算科學(xué)是21世紀(jì)最重要的技術(shù)領(lǐng)域之一，因?yàn)樗鼘?duì)整個(gè)社會(huì)的進(jìn)步起著基礎(chǔ)性的作用。

而美國國家研究委員會(huì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與通信部2004年11月也提交過以下報(bào)告：為滿足美國現(xiàn)在和未來的需求，政府部門應(yīng)該和國會(huì)一起在加速超級(jí)運(yùn)算發(fā)展和確保國家在持有多個(gè)強(qiáng)有力的軟硬件供應(yīng)方面擔(dān)負(fù)起主要職責(zé)。

從這兩份報(bào)告中，可以充分表明美國以及世界各國對(duì)發(fā)展超級(jí)計(jì)算機(jī)重要意義的認(rèn)識(shí)。

此外，“天河一號(hào)”工程辦公室主任李楠還通過幾個(gè)例子，向記者展示了巨型計(jì)算機(jī)在國計(jì)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(jì)算機(jī)出現(xiàn)前，一種新藥的問世要經(jīng)過原理研究、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、志愿者實(shí)驗(yàn)等數(shù)個(gè)步驟，整個(gè)研制周期在15年左右。而如今，很多基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算工作都可以由巨型計(jì)算機(jī)來完成，一種新藥的研制周期可以縮短為3～5年?！耙环N新藥可以改變?nèi)祟惖拿\(yùn)，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(jī)制造領(lǐng)域，巨型計(jì)算機(jī)也發(fā)揮了不可替代的作用。以前，飛機(jī)確定外形需要在風(fēng)洞中進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)?！氨热?，某型號(hào)的波音飛機(jī)在確定外形前就在風(fēng)洞中進(jìn)行了3年的定型試驗(yàn)。而現(xiàn)在，通過巨型計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力和模擬技術(shù)，大量的實(shí)驗(yàn)可以通過計(jì)算機(jī)計(jì)算和模擬而省去，周期可以縮短到3～6個(gè)月”。

在石油勘探領(lǐng)域，巨型計(jì)算機(jī)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(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)，其當(dāng)時(shí)研制的主要目的就是為了石油勘測(cè)?！拔覀儺?dāng)時(shí)要從美國進(jìn)口相關(guān)的計(jì)算機(jī)，但是美國人不允許我們進(jìn)核心控制室，所以，國家當(dāng)時(shí)就下定決心要研制出自己的超級(jí)計(jì)算機(jī)”。

可見，“天河一號(hào)”的誕生，是我國高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的又一重大突破，是國家和軍隊(duì)信息化建設(shè)的又一重要成果，標(biāo)志著我國超級(jí)計(jì)算機(jī)研制能力實(shí)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(gè)能研制千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的國家，對(duì)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(hào)”將于2009年年底至2010年在天津?yàn)I海新區(qū)安裝部署。投入使用后，國家超級(jí)計(jì)算天津中心將成為我國首個(gè)具有千萬億次計(jì)算能力的“超算”中心，也是世界上少數(shù)幾個(gè)具有千萬億次計(jì)算能力的“超算”中心之一，將有力帶動(dòng)天津?yàn)I海新區(qū)高科技服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和高端信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展提供高科技支撐。