科技日曆|從無到有,我國第一臺億次巨型計算機「銀河-I」誕生

2020-11-28 前瞻網

科技日曆|從無到有，我國第一臺億次巨型計算機「銀河-I」誕生

 Winnie Lee • 2019-12-22 15:30:21　來源：前瞻網　E3506G1

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36年前的今天，1983年12月22日，我國第一臺億次巨型計算機「銀河」研製成功。

巨型計算機在石油、地質勘探、中長期數值預報、衛星圖像處理、計算大型科研題目和國防建設等領域都能發揮重要作用。如果沒有巨型計算機，就無法進行準確的中長期天氣預報、有效的能源開發和勘探等，資料都不得不用飛機送往國外處理，不僅花費高昂，而且處處受制。

在這種背景下，自行研發巨型計算機勢在必行。

1978年2月，國防科委將「銀河」巨型機的研製任務交給了國防科技大學計算機研究所。擔任總設計師的是時年60歲的慈雲桂。

慈雲桂(1917-1990)是我國知名的計算機專家和開拓者之一，曾任清華大學物理系助教、講師，後又調任哈軍工電子計算機系主任、長沙工學院計算機研究所負責人等職位。他曾主持研製成功我國第一臺電子管專用數字計算機、第一臺全電晶體化通用計算機和第一臺百萬次級集成電路計算機。

慈雲桂團隊調研起初瞄準的是美國德克薩斯儀器公司1972年研製的向量巨型機TI-ASC和CDC公司1973年推出的向量超級計算機STAR-100。但當接觸到美國克雷研究公司1976年研製成功的新型「克雷-1」巨型計算機後，又改為瞄準了這臺設計思想、性能更加先進的巨型機。

在兩個方案——雙向量(及浮點)陣列部件和共享主存的雙中央處理機系統中，團隊最終選擇了前者。原因之一是巨型機主要計算的課題大部分屬於向量運算，適合採用雙向兩陣列的方案，其次是雙中央處理機系統需要開發並行處理系統，在世界範圍內技術難度都很高，難以在任務時限內完成。

1980年初，模擬機完成研製。1980年5月，全面進入主機生產階段。巨型機的生產需要多種難度極大的工藝，國防科技大學的計算機工廠自行組建了印製板車間、焊接車間、機加工車間及技術科室，克服了溫度和溼度變化極大、大部分操作靠手工勞動等等困難，圓滿完成銀河-I主機的生產任務。

不僅時間上比預定的有所提前、經費只用了預先計劃的五分之一，在質量上「銀河-I」也是「槓槓的」：全機數以十萬計的元器件都經過嚴格的老化測試和篩選，上百塊多層印製板和底板，每塊約有五千個金屬化孔，100%經過孔壁電阻測試，全機二百三十多萬個焊點無一漏焊、虛焊和掛錫。

在質量控制和產品檢驗環節，科研人員還研製了一套計算機自動測試系統，將過去調試一臺百萬次級計算機所需的一年時間大幅縮短，銀河-I的分調、聯調、正確性調試和考核僅用了66天。

通過5年努力，中國成為了繼美、日等國之後，又一能夠獨立設計和製造巨型機的國家，「銀河-I」總設計師慈雲桂也被譽為「中國巨型計算機之父」。

「銀河-I」以向量運算為主，字長64位，運算速度為每秒1億次以上。它由一臺超高速中央處理機和若干臺外圍處理系統(包括用戶處理機、診斷處理機、磁碟處理機和通訊處理機等)所組成，充分運用並行重疊技術。中央處理機有24個輸入輸出通道用來和外圍機連接。

儘管對標的是美國的「克雷-1」，但由於能獲取的資料十分稀少，銀河-I在多個方面都做出了重大的技術創新。銀河-I首創提出了向量雙陣列部件結構方案，首創了多模塊素數模雙總線交叉訪問存儲系統結構，設計了全流水線化功能部件和複合流水線技術，設置了「壓縮還原」型傳送指令和間接地址傳送指令。

在銀河-I的基礎上，1992年我國又成功研發「銀河—Ⅱ」10億次巨型計算機，1997年成功研製「銀河—Ⅲ」並行巨型計算機，峰值性能為130億次，達到飛躍式增長。

目前，我國無錫國家超算中心的神威·太湖之光認證性能達到了9.3億億次，在世界TOP500超算中排名第三，在中國超算中排名第一，此前還蟬聯過四次世界TOP500冠軍。

而在未來，據《中國網際網路發展報告2019》公布，我國百億億次超級計算機正在研製中，新機將於2020年面世。該機將超過美國橡樹嶺國家實驗室研發的超算「頂點」，有望重奪世界第一。

從對標外國「照葫蘆畫瓢」，到自主研發和歐美發達國家打得平分秋色，36年間奇蹟般飛越的背後是一代代科研人才的汗水和心血，也是中國人不甘人後的拼搏精神的最好見證。

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