◎?qū)嵙?xí)記者郭付強(qiáng)

在2010超級計(jì)算國際會(huì)議上，中國國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制的“天河一號”二期系統(tǒng)，以峰值速度4700萬億次、持續(xù)速度2566萬億次每秒浮點(diǎn)運(yùn)算的優(yōu)異性能，在國際TOP500組織正式發(fā)布的第36屆世界超級計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜上，位居世界第一。中國，這個(gè)有著“算盤王國”之稱的國度，因?yàn)椤疤旌右惶枴鄙衿娴倪\(yùn)算速度，首次站到了國際超級計(jì)算機(jī)世界之巔。消息傳來，“天河一號”的總設(shè)計(jì)師楊學(xué)軍抑制不住內(nèi)心的喜悅，即興題詩一首：“夢幻天河彈指間，電閃巡地十億年。濱海坐擁飛流急，倚天妙算出奇篇！”

31 歲當(dāng)上總設(shè)計(jì)師

1983年11月，中國首臺“銀河－I”億次巨型計(jì)算機(jī)在國防科技大學(xué)研制成功，實(shí)現(xiàn)了中國巨型機(jī)“零”的突破。這促使楊學(xué)軍報(bào)考國防科大的研究生，從事中國高性能計(jì)算機(jī)的研制。楊學(xué)軍在國防科技大學(xué)先后獲得碩士、博士學(xué)位。他寫的一篇關(guān)于向量巨型機(jī)編譯技術(shù)的研究生畢業(yè)論文，曾獲得“銀河－I”總設(shè)計(jì)師慈云桂教授的青睞。畢業(yè)留校后，楊學(xué)軍很快成為一名出類拔萃的技術(shù)骨干。在“銀河－Ⅱ”十億次巨型計(jì)算機(jī)研制時(shí)，他作為一名技術(shù)人員參與了研制工作，并得到總設(shè)計(jì)師周興銘的親自指點(diǎn)。

1992年“銀河－Ⅱ”研制成功，不久，“銀河－Ⅲ”立項(xiàng)上馬。學(xué)校宣布任命楊學(xué)軍為“銀河－Ⅲ”高性能計(jì)算機(jī)的總設(shè)計(jì)師。那一年，楊學(xué)軍才31歲！總設(shè)計(jì)師是高性能計(jì)算機(jī)研制中的“靈魂”人物，學(xué)校卻將“銀河－Ⅲ”百億次巨型計(jì)算機(jī)總設(shè)計(jì)師的擔(dān)子交給這位31歲的年輕博士。雖然在楊學(xué)軍的身后有周興銘、盧錫城等他所敬重的專家教授，有一批支持他的學(xué)長、同事，還有在研制“銀河－I”、“銀河－Ⅱ”的技術(shù)積累和工程經(jīng)驗(yàn)，但對于這個(gè)決定，楊學(xué)軍仍感到十分意外。

當(dāng)時(shí)，“銀河－Ⅲ”面臨兩個(gè)挑戰(zhàn)：一是科研隊(duì)伍正值換代期；二是技術(shù)難度大。令人欣喜的是，楊學(xué)軍沒有辜負(fù)領(lǐng)導(dǎo)和導(dǎo)師們的期望，出色地完成了作為總設(shè)計(jì)師應(yīng)該完成的任務(wù)。1997年，中國第一臺“銀河－Ⅲ”百億次巨型計(jì)算機(jī)研制成功，這是“銀河”系列第一臺實(shí)現(xiàn)全局共享分布存儲結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)，也是“銀河”系列研制周期最短的一臺機(jī)器，從而實(shí)現(xiàn)了中國巨型計(jì)算機(jī)研制路線從向量計(jì)算到并行計(jì)算的轉(zhuǎn)變，峰值速度實(shí)現(xiàn)了從每秒十億次到每秒百億次的突破，極大地縮短了中國巨型機(jī)研制與發(fā)達(dá)國家的差距。隨著“銀河－Ⅲ”百億次巨型計(jì)算機(jī)研制成功，楊學(xué)軍也成為中國高性能計(jì)算機(jī)研制的領(lǐng)軍人物。

躍上世界超算之巔

創(chuàng)新沒有止境。“銀河－Ⅲ”百億次巨型計(jì)算機(jī)研制成功后，楊學(xué)軍率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)不斷開拓創(chuàng)新，一步步將中國高性能計(jì)算機(jī)研制技術(shù)推向了國際前沿，有多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新處于國際領(lǐng)先水平。

2005年，著眼突破千萬億次超級計(jì)算機(jī)關(guān)鍵技術(shù)，楊學(xué)軍將國際上公認(rèn)的主要技術(shù)難題作為創(chuàng)新的突破口，在團(tuán)隊(duì)中成立多個(gè)課題組，組織精干的技術(shù)力量，針對高性能計(jì)算發(fā)展的前沿技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)和新興交叉技術(shù)等方面開展基礎(chǔ)研究和前沿探索，相繼突破了大規(guī)模可擴(kuò)展共享存儲體系結(jié)構(gòu)等一系列技術(shù)難題，掌握了一批擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)，從而為研制更高性能的超級計(jì)算機(jī)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

2006年，在國際超級計(jì)算機(jī)速度還未實(shí)現(xiàn)千萬億次，國產(chǎn)超級計(jì)算機(jī)才剛剛突破10萬億次之時(shí)，他們勇敢地站在了突破千萬億次超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)起跑線上。

2007年11月，美國IBM公司“走鵑”問世，峰值計(jì)算速度達(dá)到每秒1456萬億次，而此時(shí)，楊學(xué)軍率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)也完成了千萬億次超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)攻關(guān)。

當(dāng)中國將發(fā)展千萬億次超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)列入《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》，楊學(xué)軍團(tuán)隊(duì)?wèi){借充分的技術(shù)儲備和可行的研制方案，順利獲得國家“863”計(jì)劃重點(diǎn)課題和國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新群體項(xiàng)目的支持，研制工作再次提速。

在研制攻關(guān)過程中，楊學(xué)軍與團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地提出了多陣列、可配置、協(xié)同并行體系結(jié)構(gòu)，將全系統(tǒng)分為計(jì)算陣列、加速陣列、服務(wù)陣列，通過實(shí)現(xiàn)“CPU(通用微處理器)+GPU(圖形加速處理器)”的異構(gòu)協(xié)同計(jì)算，最大限度提高計(jì)算效能、降低能耗、減少費(fèi)用、加快進(jìn)度。他帶領(lǐng)科研人員在經(jīng)過了8萬多次實(shí)驗(yàn)后，終于發(fā)現(xiàn)了GPU的內(nèi)在規(guī)律，采用混合語言編程技術(shù)，通過融合多種計(jì)算資源并對其靈活配置，深入挖掘GPU的并行計(jì)算潛力，最終實(shí)現(xiàn)了高效異構(gòu)協(xié)同運(yùn)算，使GPU的計(jì)算效率由20%逐步提升到70%，創(chuàng)造了一個(gè)世界奇跡。

與此同時(shí)，其他課題組在楊學(xué)軍的帶領(lǐng)下相繼突破了高速率可擴(kuò)展互連通信、高效異構(gòu)協(xié)同計(jì)算、基于隔離的安全控制、虛擬化的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算支撐、多層次的大規(guī)模系統(tǒng)容錯(cuò)、系統(tǒng)能耗綜合控制等一系列關(guān)鍵技術(shù)。2009年10月29日，中國首臺千萬億次超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在國防科大橫空出世，使中國成為繼美國之后世界上第二個(gè)能夠自主研制千萬億次超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的國家。

經(jīng)過一年的連續(xù)奮戰(zhàn)，楊學(xué)軍率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)突破了多核多線程系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)，自主研制了64位8核“飛騰—1000”通用CPU，解決了超級計(jì)算機(jī)CPU間高速高效互聯(lián)通信等世界級技術(shù)難題，使“天河一號”的峰值速度提高了2.89倍，持續(xù)速度更是提高了3.55倍，最終榮膺世界第一。如今，安裝在國家超級計(jì)算天津中心“天河一號”，先后為70多個(gè)單位提供了超級計(jì)算服務(wù)。

為自主創(chuàng)新注入源頭活水

2007年盛夏，大洋彼岸的美國圣地亞哥。第34屆“國際計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)年會(huì)”在此召開，“天河一號”總設(shè)計(jì)師、國防科技大學(xué)楊學(xué)軍的《64位流處理器體系結(jié)構(gòu)研究》論文，引起與會(huì)專家學(xué)者的高度關(guān)注。

因?yàn)樵擃I(lǐng)域的專家學(xué)者從這篇論文中，看到了突破更高性能計(jì)算機(jī)的希望——采用“異構(gòu)協(xié)同計(jì)算技術(shù)”來設(shè)計(jì)千萬億次超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

在此半年前，楊學(xué)軍發(fā)表的《容錯(cuò)并行算法：基于并行復(fù)算的故障恢復(fù)》論文，被第16屆國際并行體系結(jié)構(gòu)和編譯技術(shù)大會(huì)錄用。這也是自1993年以來該會(huì)議首次錄用由中國大陸科研單位獨(dú)立完成的學(xué)術(shù)成果論文。

多年來，楊學(xué)軍在敏銳捕捉國際高性能計(jì)算研究契機(jī)的基礎(chǔ)上，組織吳俊杰所在的博士生基礎(chǔ)研究課題組大膽嘗試了“統(tǒng)一目標(biāo)、集體攻關(guān)”的組織方式。圍繞大目標(biāo)進(jìn)行任務(wù)分工，集思廣益、共同攻關(guān)，這使得原始創(chuàng)新思路在理論體系建立、形式化證明、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等各個(gè)環(huán)節(jié)都能做得很充分。在成果逐步成熟的時(shí)候，課題組成員又分工負(fù)責(zé)共同撰寫高水平學(xué)術(shù)論文，參加國際高水平學(xué)術(shù)會(huì)議。

2011年，楊學(xué)軍獲得何梁何利科學(xué)技術(shù)成就獎(jiǎng)，并當(dāng)選為中國科學(xué)院院士。如今，已擔(dān)任國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)校長的楊學(xué)軍，在謀劃學(xué)校全面建設(shè)發(fā)展的同時(shí)，率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)為中國高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展奮力攻關(guān)。據(jù)悉，目前國防科大已部署開展萬萬億次超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究，楊學(xué)軍率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)正向著新的世界科技高峰攀登。