位於天津市濱海新區的天河科技園高樓林立，寬敞明亮的大道上車流不息。園區信環西路上，矗立著一幢橘紅色大樓，外牆上「天河」兩個大字格外醒目。
這裡就是由科技部批准成立，天津濱海新區和國防科技大學共同建設的國家超級計算天津中心。中國首臺取得世界第一的超級計算機「天河一號」、新一代百億億次超級計算機「天河三號」原型機系統，即「安家」於此。
超級計算機，顧名思義，是功能最強、運算速度最快、存儲容量最大的一類計算機，多用於國家高科技領域和尖端技術研究，是一國科研實力和綜合國力的重要象徵。
超級計算機「超級」在哪？有哪些重要用途？未來我國超級計算機發展方向是什麼……帶著這些問題，我們帶您走進國家超級計算天津中心，一探究竟。
1「中國首臺取得世界第一的超級計算機」
部署在國家超級計算天津中心的「天河一號」超級計算機
走進國家超級計算天津中心一樓的機房，映入眼帘的是100餘個一人高的灰色機櫃，耳邊傳來低沉的「嗡嗡嗡」運轉聲。中國首臺千萬億次超級計算機「天河一號」正在高速運轉。
「『天河一號』由國防科技大學與濱海新區於2010年9月聯合研製成功，具有超強的運算能力，持續速度達每秒2566萬億次浮點運算、峰值速度4700萬億次。」國家超級計算天津中心應用研發部副部長菅曉東向我們介紹：「這是什麼概念？如果做個換算對比，『天河一號』運算１小時，相當於全國13億人同時計算340年以上。」
除了速度，「天河一號」還有諸多突破性創新。比如「天河一號」在國內首次創新性地採用了異構體系架構。「CPU（中央處理器）加GPU（圖形處理器）的異構協同並行處理技術是中國科研人員的創新，引領了世界超算技術的潮流。」專家介紹，在「天河一號」之前，超算中採用該技術的並不多見。
中國自主研製的超算高速互聯通信系統也是其優勢所在。「天河一號」內數萬個CPU和GPU通過該系統實現數據交換，相當於編織起了龐大、高效的神經網絡。
還有兩項創新分別來自硬體和軟體領域，即配備了自主研製的飛騰CPU晶片及麒麟作業系統。
2010年11月，「天河一號」榮登世界超級計算機500強榜單第一名
憑藉優異性能，2010年11月，「天河一號」榮登世界超級計算機500強榜單第一名，讓中國人首次站到了超級計算機的全球最高領獎臺上。
全球超級計算機500強榜單，由美國和德國超算專家聯合編制，每半年發布一期，是給全球已安裝的超級計算機排座次的知名排行榜。在2002年以前，難尋中國計算機的身影。當時前三名基本上被美、日、歐三家佔據，形成超級計算機的第一梯隊。
國家超級計算天津中心工作人員24小時監控「天河一號」運行情況
「『天河一號』當時奪冠，意義非凡。在這之前，國內在超算領域從沒拿過第一。」國家超級計算天津中心副主任閻偉回憶起當年情景仍難掩激動：「這就好比奧運比賽中許海峰的第一槍（第一枚金牌）。」
談起中國超級計算機的「趕超」歷史，有很多故事。1976年，美國成功研製出世界上第一臺超級計算機Cray-I（克雷）。1978年，中國也開啟了研製超級計算機的步伐。但由於研發設計的基礎非常薄弱、製造能力也有限，長期以來我們的超級計算機研製都處在一個「跟跑」狀態。
正是這樣的背景下，「玻璃房子」的故事廣為流傳：改革開放之初，我們國家有關企業花高價從國外買的超級計算機，卻被要求放在一個獨立的機房裡，只準國外的工程師進去使用，中國的工程師只能在玻璃房子外面看。這可以說是中國超級計算人心裡深深的痛。
「為了這口氣，拼了命也得加油幹出來！」得益於制度優勢，隨著改革開放以來中國經濟社會的快速發展，特別是人才、技術的不斷累積，中國在超算領域進步很快。
「我國在1983年研製成功國內第一臺巨型計算機，叫作『銀河』一代。『天河一號』實際上是『銀河』六代巨型計算機。因為「銀河」部署在天津用於民用，是『銀河』加『天津』的融合，因此起名為『天河』。」閻偉說。
時間來到2009年，科技部批准成立國家超級計算天津中心，正式揭開了我國超算快速發展的大幕。目前，加上後來陸續成立的深圳中心、濟南中心、長沙中心、廣州中心和無錫中心，全國一共有6家國家級超算中心。
繼2010年「天河一號」首次拿下全球榜單冠軍後，2013年6月廣州中心「天河二號」和2016年6月無錫中心「神威·太湖之光」先後登場，中國超算快速崛起並連續「霸榜」5年，令世界矚目。
2「更快的運算速度，最終目的是為了應用」
國家超級計算天津中心在二樓專門闢有展廳，通過背板、實物、影像等形式展示了「天河一號」的應用領域和相關研究成果。
國家超級計算天津中心副主任閻偉介紹「天河一號」應用情況
談起近年來「天河一號」在應用領域取得的累累碩果，閻偉有說不完的話題。在他看來，「超級計算機不是為了快而快，更快的運算速度，最終目的是為了應用」。
據介紹，目前，「天河一號」已經實現滿負荷運行，每天並發在線的運行任務達到1400多項，用戶涵蓋油氣勘探、高端裝備製造、藥物研發、霧霾預警預報等領域的重點科研機構、企業、政府近1600家。
「聽起來很抽象、很高大上，其實，這些離我們的生活都不遠。」以霧霾預警為例，國家超級計算天津中心與中國氣象局氣象科學研究院等單位合作，構建了自動化實時霧霾預警預報系統，通過對汙染源、區域汙染數據的精確分析，為未來霧霾治理提供預警及解決方案。「過去霧霾預報最高網格精度為50公裡左右，現在，我們只需要2-3小時就能算出最長時效預報5天的數值預報，並且實現霧霾預報最高網格精度2-3公裡，大大提高了預報的精準性。」國家超級計算天津中心工作人員向我們介紹。
超級計算機在仿真領域的應用也非常廣泛。「以前在做新產品研發的時候，要做很多的實物實驗。現在這些實驗都可以由超級計算機的仿真來代替。而且超級計算機還可以仿真出一些現實中不可能做的實物實驗，例如極端氣候條件下的實驗等。」閻偉說。
「我們和天津汽車模具股份有限公司合作，在企業內就可以流暢地遠程操作中心的天河一號，實時下載和查看仿真結果。」閻偉繼續介紹，這樣就將超算融入製造業實際生產中，與先進的數控設備相配合，實現了高速、高精度、無圖無人化加工，服務天津先進位造業的高質量發展。
此外，超級計算機還參與探索人類大腦的秘密、破解人類基因密碼。在國內的全腦三維成像領域，基於「天河一號」的超級計算能力和並行處理技術，已實現150倍以上的速度提升。原來一次鼠類全腦成像數據處理需要5-7天，現在1-2個小時就可完成。
目前，國家超級計算天津中心實現了超級計算、人工智慧、雲計算、大數據、物聯網的五大融合。在「天河一號」的帶動下，已經有越來越多的大數據、雲計算企業在周邊落戶，形成高端信息技術產業聚集。
2017年4月，以國家超級計算天津中心和「天河」超級計算平臺為依託的天河科技園正式揭牌，構建起信息技術創新創業基地和軍民融合產業聚集區。
「從簡單提供超算服務，到開展技術合作、戰略合作，再到資本合作，建設自主創新的產業化平臺等，我們將進一步拓展國家超算天津中心資源、技術的支撐能力和輻射帶動作用，充分發揮『天河』的品牌價值，做好自主技術的產業化應用。」閻偉打了一個比方，就像一個航母艦隊，由我們超算來挑頭，配備驅逐艦、潛水艇、掃雷艦，我們去共同攻克智慧城市、智慧醫療等領域的技術和產業化高峰。
3「新一代百億億次超級計算機來襲，運算能力快過『天河一號』200倍」
今年6月25日，新一期全球超級計算機500強榜單發布，美國超級計算機「頂點」超過中國的「神威·太湖之光」名列第一，這是美國超級計算機多年後重回榜首。而11月12日最新發布的一期榜單顯示，「頂點」蟬聯冠軍。中國超算上榜總數仍居第一，「神威·太湖之光」和「天河二號」分別位列第三、四名。
眾多國人開始關心，中國超級計算機如何應對？
實際上，我們在超算領域始終步履不停。7月26日，「天河三號」E級原型機在國家超級計算天津中心完成部署並通過項目課題驗收。其後，神威E級原型機系統、曙光E級原型機系統相繼亮相。截至目前，國家「十三五」規劃的3個E級超算原型機全部完成交付。
部署在國家超級計算天津中心的「天河三號」E級原型機
E級超算是指每秒可進行百億億次數學運算的超級計算機，被全世界公認為「超級計算機界的下一頂皇冠」，它將在解決人類共同面臨的能源危機、汙染和氣候變化等重大問題上發揮巨大作用。目前，中、美、歐、日等都在向這個目標全力衝刺。
那麼，原型機又是什麼概念？
「原型機，就是工程開發中的試驗系統。」菅曉東表示，E級原型機系統的研製成功可以驗證一些關鍵的技術設想，對關鍵技術難點進行測試和改進，為今後建造整機系統提供指導，避免出現大的技術錯誤和難題。
在原型樣機系統基礎上，「天河三號」超級計算機整機系統最終有望於2020年研製成功。屆時，其運算能力將比「天河一號」提高200倍，存儲容量提高100倍。
國家超級計算天津中心用研發部副部長菅曉東（左）介紹「天河三號」E級原型機情況
在國家超級計算天津中心，我們得以一睹「天河三號」E級原型機「真容」：它通身黑色，每組機櫃高2米左右，機身上嵌有兩條醒目的藍綠彩條，整體科技感十足。
「相比上一代超級計算機，『天河三號』將是一個劃時代的先進技術作品。它在計算密度、單塊計算晶片計算能力、內部數據通信速率等方面，都會有全面的提升。」菅曉東介紹。
更重要的是，「天河三號」將在核心關鍵技術上實現整體自主可控，打造出具備自主晶片、自主作業系統、自主運行計算環境的新一代百億億次超級計算機。
「只有堅定走自主研發的道路，才能讓自己變得更強。」這是採訪中眾多超算科研人員的心聲。新時代新氣象新作為，他們還將繼續攻堅，再攀新高峰，研製出技術更加先進、應用更加廣泛的「最強大腦」，不辱時代使命！（中央紀委國家監委網站 蘭琳宗 陳斯陽 丨攝影 何沛霖）
來源：中央紀委國家監委網站
編輯：RB011