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我国超级核算机进化史

  1950 年 3 月,中央公民广播电台播发了一封信件,信中说“梁园虽好,非久居之乡,归去来兮。”

  信的作者是刚从美国经香港抵达北京的数学家华罗庚,这是他在归国途中所书写,意图是召唤海外知识分子回国参加社会主义建造。

  信中,华罗庚喊出了那一句振聋发聩的话:“科学没有国界,科学家是有自己的祖国的”。

  “梁园虽好”出自汉代司马相如告别梁孝王时的一句慨叹,展现了司马相如志在四方的远大抱负。

  那时,有许多我国科学家为逃避烽火远赴欧美国家落脚,悉心科研,受到了优待。

  在新我国的召唤下,包含华罗庚在内的许多科学家决然挑选从海外曲折回到祖国。

  1952 年夏,有感于美国正展开电子管核算机的研讨,华罗庚发起并牵头,与闵乃大、夏培肃和王传英等人在中科院数学所内,组建了我国第一个电子核算机科研小组。

  闵乃大写出我国第一个“电子核算机研讨的想象和规划”,揭开我国电子核算机研制的前奏。

  1956 年 3 月,在新我国拟定的《1956-1967 年科学技能开展远景规划大纲》中,核算机成为开展科学技能的“四项紧急措施”之一。

  同一时刻,华罗庚被任命为我国科学院核算技能研讨所筹备委员会主任,研制通用数字电子核算机,一起派人向“老大哥”苏联取经。

  1958 年,在“安身国内先拷贝,后自行规划”的准则下,我国拷贝苏联 M-3 大型核算机的 103 机研制成功,每秒运算速度 1500 次,完结了从零到一的跨过。

  尽管我国的核算机研制间隔美国发明国际首台核算 ENIAC,只相差 12 年,但互相在人才和设备上现已有了相当大的间隔。

  美国从二战时期就现已展开了核算机研讨,从军方到民间稀有十万名经验丰富的科研人员,而且经费足够。

  我国这时甭说核算机研讨,许多人连核算机是什么都没搞清楚,更没亲眼见过,经费更是绰绰有余。

  彼时,美国 IBM 公司在贝尔实验室的协助下,成功研制出晶体管结构的核算机 RCA501 型。

  由于选用晶体管逻辑元件及快速磁芯存储器,RCA501 型核算机的核算速度从每秒 5000 次进步到几十万次,主存储器的存储量也从几千 KB 进步到十万 KB 以上,一起也呈现了简略的选用高档言语及其编译程序的操作体系。

  与传统电子管核算机比较,晶体管不只能完结电子管的功用,而且具有尺度小、重量轻、功率高、功耗低一级长处,使核算机体积从曩昔占满一间房,浓缩为只要一张书桌巨细。

  1959 年,我国拷贝苏联БЭCM-Ⅱ 核算机研制出 104 机,速度牵强到达 1 万次,可是由于组装了 4200 个电子管、4000 个二极管,占地超越 400 平方。

  104 机在交给航天与军工部分后,完结了包含第一颗在内的多项科研运算作业。

  尽管 104 机功能与美国的 RCA501 型核算机比较还有较大间隔,却与同期起步的英国、日本等核算机水平相差无几。

  面临人才紧缺的问题,我国核算所筹委会与国内多家闻名高校协作,接连举行了四期核算机培训班,先后培养出七百多名核算机方面的科研人员,奠定了我国核算机作业的人才根底。

  中苏“蜜月”完毕后,苏联撤走了一切对华帮助,其间也包含核算机方面的专家和设备。

  我国的核算机科研人员并没有停步,在骚动年代靠团体才智和奉献精神不断披荆斩棘。

  1960 年,夏培肃带领团队成功研制出我国第一台自行规划的小型通用电子数字核算机 107 机,并交给给其时尚在北京的我国科技大学运用,这也是我国高校的第一台科研核算机。

  1964 年,我国第一台自行规划的大型通用数字电子管核算机 119 机问世;同年,复旦研制出选用机器言语编程的 602 型电子数字核算机。

  1965 年 6 月,中科院核算所成功研制出运算速度定点运算 9 万次 / s、浮点运算 6 万次 / s 的首台晶体管核算机 109 乙机。

  整个六十年代,由于国内核算机研制都是环绕严重国防工程进行,只寻求不断进步运算速度,对核算机全体功能和遍及性考虑并不多,不只资金花费巨大,也忽视了社会出产建造需求,更没有批量出产的概念。

  进入七十年代,美国以及西方等发达国家已研制出小型化集成电路通用数字电子核算机,并广泛在民间开端推广运用。

  因而,1973 年元月,第四机械工业部在北京举行“电子核算机初次专业会议 (7301 会议)”,明晰未来“有必要抛弃单纯寻求进步运算速度的技能方针,确认开展系列机的方针。”

  遍地红旗与喧哗的锣鼓声中,我国核算机科研者们一边为经济建造勾勒所需的核算机类型,一边赶紧研制。

  1973 年 8 月,我国首台百万次集成电路大型核算机 150 机诞生,这台核算机主内存 130K。配有多个程序和操作体系,每秒运算速度达 100 万次。

  从这时起,我国大型核算机逐渐转移到经济建造层面,在我国石油勘探、气候预报、科学核算等范畴肩负起新任务。

  值得一提是 1975 年定型出产的 DJS-131 核算机,是一台内存 4~32K(可扩展至 64K)、运算速度每秒 50 万次的桌面型核算机。

  DJS-131 小型核算机总计出产了 334 台,却是其时国内运用面最广、体系最安稳的国产数字电子核算机,被一起运用在 23 个省市的邮电、电力、铁路、通讯、医疗、地震、科研、交通、工业和国防建造等范畴。

  与此一起,华北核算所组织全国 57 个单位联合进行 DJS-200 系列核算机,以及 DJS-180 超级小型机的开发和规划,打开了微型核算机国产化的前奏。

  随后相继呈现的 NCI-2780 超级小型机、TJ-2000 系列机及 AP 数组处理机等产品,逐渐让我国核算机工业走上系列化的批量出产路途。

  一向坚持“两条腿走路”,我国核算机工业在小型化和大型化路途上继续坚持着喜人的成果。

  1976 年 11 月,中科院核算所研制成功每秒运算速度达 1000 万次的大型通用集成电路通用数字电子核算机 013 机,随即广泛运用在航天、国防建造等范畴。

  从前飘摇的火种,终成科学谱系,在我国核算机各个运用范畴散开枝蔓,打开传承。

  经过自主研制,我国核算机工业已完结了第二代向第三代的过渡,尤其是经过运用促进核算机研制开展,产用结合,推动了微型机的国产化。

  尽管我国在大型核算机范畴一向持之以恒进行研制,可与美国仍是有着不小的技能间隔。

  美国从六十年代初就已开宣布以集成电路 (IC) 为主体的第三代核算机,开端了商业化进程。

  其间 IBM 公司发布 IBM 360 体系大型核算机已能够一起运转许多不同的程序,并向文字处理和图形处理范畴延伸,大型核算机更是抢先我国许多倍。

  拿其时我国比较先进的 104 机举例,这台后来参加了多个大型国防科研项意图大型核算机,每秒可完结 1 万次浮点运算;而同期 IBM 为美国军方规划的 7030 机,浮点运算功能是每秒 60 万次。

  浮点运算功能的凹凸决议了科研功率和核算准确性,我国曾测验花费 700 多万美元购买,但由于特别前史环境下,未能如愿。

  七十年代,美国经过 DEC 的小型机 PDP-11 开端测验运用 Unix 和 C 言语进行程序规划,满意各种场景需求,真实让核算机步入到“为公民服务”的阶段。

  而那时我国的大型核算机聚集功能仍是产值都还难以满意各种建造需求,尚在困难行进中。

  1976 年,美国克雷公司又推出了国际上首台运算速度达每秒 2.5 亿次的超级核算机。

  简略说,大型核算机运用专门的指令体系和操作体系,由于只能进行非数值核算 (数据处理),运用规模一般限制在商业范畴;而超级核算机选用通用处理器及 UNIX 或类 UNIX 操作体系,拿手数值核算 (科学核算),能够广泛运用于国防、航天、气候、工业等更为顶级和杂乱的场景。

  超级核算机是真实的“国之重器”,其间汇集了千万计的处理器,能进行海量的数据高速运算,是衡量一个国家综合国力的重要标志,更是国家信息化建造的根本确保。

  面临现实间隔,中方政府决议经过购买设备,然后学习和把握超级核算机前沿技能的方针。

  中美开端康复触摸后,美国为了表明友好向我国出口了两台超级核算机,却让我国核算机科研人员阅历了一段羞耻的“玻璃房”的前史。

  1976 年末,行将卸职的美国总统福特签发了两台 Cyber172 型超级核算机的对华出口协议。

  但美方对这款核算机做了四肢,运算功能远非实践水平,而且美方还要求核算机只能用于地质勘探,不能够用于其他途径。

  最令我国科技人员深感愤恨又无法的是,核算机被设置在专门的玻璃机房内,钥匙却由美方办理,每次运用前,还有必要有美国人赞同赞同。

  引入美国的 Cyber172 后,中方又从日本购入 3 台日立 M 系列超级核算机用于气候预报作业。

  可美方从中搞鬼,不只要求日方在对华出口版别上大幅下降功能,还要求对比 Cyber172 的做法,建立值班人员和监控日志审阅准则。

  这种状况一向延续到八十年代初,我国从美国购买了各种类型的大型和超级核算机设备,关键技能一向被对方紧密封闭。

  我国科学院院士、前国防科技大校园长杨学军谈起这段前史时说:“这是我国科研作业者心中永久的痛,就像农人自家没粮,母亲自己没奶喂孩子…….”

  一而再的“卡脖子”影响下,我国核算机的科研人员意识到企图经过购买国外先进设备来到达自我提高,是不切实践的梦想,自给自足才是仅有出路。

  1978 年 3 月:听取核算机开展报告,明晰由国防科工委体系承当首台亿次超级核算机的研制,说“我国要搞四个现代化,不能没有巨型机(超级核算机)”。

  同年 5 月,我国超级核算机方案证明会上,这项工程被命名为“785 超级核算机”,时任国防科委主任张爱萍大将取名为“银河”。

  “银河”核算机规划功能为每秒 1 亿次浮点运算,比我国此前研制过的最先进核算机还要快 100 倍。

  接受任务的长沙工学院(国防科技大学)核算机研讨所所长,年过花甲的慈云桂立下军令状“便是豁出我这条老命,也必定要把咱们自己的巨型机搞出来!”

  慈云桂是我国核算机界的一代宗师。从电子管核算机到晶体管核算机,再到集成电路核算机,我国核算机每一次升级换代,他都是首要参加者。

  785 超级核算机项目组也表态:每秒一亿次,一次不少!六年时刻,一天不拖!预算经费,一分不超!

  有冤枉能够倾吐,有困难有必要战胜,完结大国科技实力的兴起,毕竟要靠一代人不懈的尽力。

  科研团队首要参阅了美国最先进的超级核算机 Cray-1 全体架构,随后开端了分工协作。国内有配套的设备直接运用,无法完结自主研制的,就从零部件出口条件宽松的国家直接引入。

  为了完结这个方针,科研人员在堆成小山的实验纸带里逐个核对;为了确保机器的安稳和牢靠,要对 2.5 万条绕接线 多万个焊点进行详尽查看。

  终究,慈云桂团队经过发明性地提出“双向量阵列”结构,大大进步了机器的运算速度,提早 1 年完结规划研制任务。

  1983 年 12 月 26 日,我国第一台亿次超级核算机“银河一号”经过国家技能鉴定,横空出世。

  “银河一号”是我国高速核算机研制的一个重要里程碑,标志着我国成为继美国、日本之后,第三个能独立规划和制作超级核算机的国家。

  庆功会后,每位研制主干人员发了五百元奖金,可他们都没有要,悉数捐给了正在从事的核算机项目中。

  令人怅惘的是,在“银河”系列后续近 20 年研制过程中,由于作业强度高,养分和医疗条件缺乏,团队里有许多人因病相继离世。

  这些科研人员知道研讨经费有限,自己薪酬也很菲薄。为了不给研制添麻烦,纷繁挑选了隐秘病况,一拖再拖。

  他们是 49 岁的钟士熙教授、43 岁的蹇贤福副教授、41 岁的王育民副研讨员、40 岁的张树生讲师和 35 岁俞午龙助理研讨员,他们值得咱们永久思念!

  这些科研人员的遗物里,都有本美国作家阿尔文・托夫勒的作品《第三次浪潮》,书中终究一句话被许多人用红蓝铅笔重重画了一条线“就像革新的前辈相同,咱们的任务注定是发明未来”。

  “银河一号”的呈现的同一年,26 键方案的“五笔字型”诞生,这是后来蜚声海内外的五笔字型输入法的首个版别,发明人王永民由此被称为现代“毕升”。

  “五笔输入”调配国产 D-2000 型汉字智能终端及 ZD-1110 型字符显现终端,陈旧的文字与代表现代科技的核算机体系,就此相遇。那些跳动字符碰撞成句,连缀成文,在屏幕中演绎归于我国人的文明国际。

  这年,我国第一台大型向量核算机体系 757 机也研制成功,向量运算到达每秒 1000 万次、标量运算速度每秒 280 万次。

  我国科研组织也用上了电子部六所研制的微型核算机长城 100(DJS-0520 微机),这台机器现已开端具有了个人电脑的首要运用特征。

  在 IBM 的 PC 兼容机成为国际干流个人核算机布景下,我国核算机职业提出“照着 IBM 的 PC 做”。

  只是这种“照着做”实践一没什物,二没图纸,完全赖核算机厂家自行探索。终究“摸”出来的核算机大多不三不四,聚集功能仍是操作体系都无法完结批量出产。

  1984 年 2 月 16 日,在上海举行的全国十年科技成果展上,摸着一个核算机小选手的头,口气坚定地说“核算机遍及要从娃娃抓起。”

  白叟的叮咛让核算机课程如井喷,许多校园纷繁开设核算机课程,从简略的打字操练到高档的 Basic 编程,如火种般点着了国人学习核算机的热心。

  1985 年,我国人经过加载汉化操作体系的国产微机长城 0520CH,真实完结了在核算机上进行完好中文信息处理的需求。

  在长城、联想等品牌带动下,国内涌现出一大批核算机制作企业,如四通、方正、同创、实达等,成为带动我国核算机工业开展的龙头,让我国核算机工业从第三代迈入到第四代。

  这是一段浓墨重彩的前史,但随之而来的是我国核算机工业一个令人怅惘的阻滞时期。

  跟着中美关系逐渐炽热,许多先进技能能够顺畅引入。因而,我国核算机和半导体电子工业的开展形式从“立异为主,引入为辅”和注重根底研讨,转变为单纯的引入,抛弃了半导体通用电路研制追逐方案。

  本来与国际间隔并不大的集成电路与半导体职业由于没有经费而暂停,许多科研部队闭幕,乃至有些研讨员被组织当了机房办理员,莫衷一是。

  事实上,我国那时现已能够仿造出 6800、8080 等 CPU 芯片,在技能上并不输于许多发达国家。

  可由于项目经费缩水,以及研制方向的失去,没能将 CPU 研讨独立出来继续进行,然后为日后核算机的芯片工业埋下了危险。

  幸好在我国科学界有部分专家现已意识到本身与国际前沿科技的间隔,不断呼吁,这才使我国超级核算机工程以更快的速度迎头赶上。

  1986 年 3 月,王大珩、王淦昌、杨嘉墀、陈芳允四位科学家根据美国提出的星球大战方案背面蕴藏的强壮科技实力,提出要追逐国际高新技能的主张。

  对该主张表明了支撑,不久,“高技能研讨开展方案”出炉。由于四位科学家上书和同志批复时刻都是 1986 年 3 月,所以该方案又称之为“863 方案”。

  863 方案中,“智能核算机”被独自列为一个主题项目(即 306 主题),由中科院核算所接受项目。

  中科院核算所是我国核算机开展的摇篮,集聚诞生了首台通用数字电子核算机,以及首枚通用 CPU 芯片,是“两弹一星”成功的重要暗地功臣。

  其时国际刚掀起人工智能的热潮,日本的“五代机”在这范畴开展迅速。因而“306 主题”便跟从日本“五代机”的战略,开端了智能核算机的研讨。

  研制过程中,专家们发现日本的“五代机”首要方针是完结自然言语翻译,但运用商场狭隘,且维护费用昂扬。而一起期的美国研制对象是个人核算机、超级核算机和互联网,远景好像更为宽广。

  时不我与,专家组决断把研讨方向从“智能核算机”调整为“高功能并行核算机体系”,催生了我国超级核算机系列的加快开展。

  担任智能核算机项目是刚从美国留学回来的李国杰教授,他意识到其时国产核算机研制简直都是“凭空捏造”,研制时刻又极端绵长,往往机器研制出来就现已落后,一向慢商场一步。

  所以,李国杰派了团队人员到美国硅谷“洋插队”,吸收国外先进技能并同步更新到项目中。而且,他还在本来的 UNIX 源代码的根底上,研制规划了国产操作体系 SNIX。

  1993 年 10 月,峰值运算速度达每秒 6.4 亿次,选用全对称同享存储多处理结构的“曙光一号”超级核算机诞生。全体与 Intel 公司 1990 年的体系结构与技能附近。

  随后的曙光 1000 型超级核算机也开端了商场化运作,进入到企业服务的队伍。

  1997 年,跟着曙光天潮 1000A 落户辽河油田,我国超级核算机完全打破了进口产品的商场独占,洗刷了旧日超算范畴的“玻璃房”羞耻。

  这一时期,跟着国产电脑品牌不断涌现,从前动辄数万元一台的个人电脑价格现已跌到万元之内,遍及到寻常百姓家,信息年代的大门正式向我国人打开。

  跨过新千年之后的二十年间,随同国力复苏和科研布局,我国超级核算机研讨组织你追我赶,开展如火如荼。

  2008 年,中科院的曙光 5000 型超级核算机研制成功,运算速度达超百万亿次。

  只是一年后,国防科技大学“银河一号”千万亿次超级核算机呈现,我国成为继美国之后国际第二个成功研制千万亿次超级核算机的国家。

  2010 年 6 月,我国中科院“星云”千万亿次核算机在第三十五届超级核算机 TOP500 排行榜荣获第二名的佳绩,成功挤入国际超级核算机前三甲队伍。

  半年后,国防科技大学“银河-1A”千万亿次超级核算机,直接攫取排行榜的第一名。

  与此一起,江南核算机研讨所千万亿次超级核算机“威风・蓝光”,首先完结 CPU 国产化。

  在我国超级核算的赛道上,曙光、银河与威风已成为高功能核算专项课题耀眼的“三剑客”。

  跟着超级核算研讨的不断深入,我国相继建造了国家超级核算济南中心、深圳中心、无锡中心、郑州中心等 7 家组织。

  在此期间,根据超算体系结构的云核算、大数据、人工智能等立异也在不断演出新的篇章。

  2018 年,曙光、银河与威风已进入到超级核算机比赛范畴的 E 级(秒钟运算一百亿亿次)超算研制,并逐渐完结 CPU 和加快器的全国产化。

  2021 年,第五十八届全球超级核算机 TOP500 排行榜中,我国超级核算机有 173 台进入榜单,占比 34.6%。第二名的美国为 149 台,占比 29.8%。

  不过,我国超级核算机数量尽管超越了美国,但在综合算力上与美国及其他国家仍然有必定的间隔。

  2022 年上半年的全球超算 TOP500 榜单中,我国的威风太湖之光排名第六,已是“三剑客”中成果最好的一家。

  可是间隔全球首款 E 级超级核算机,美国橡树岭国家实验室的鸿沟超级核算机(Frontier),在算力上尚有 10 倍左右的间隔。

  上世纪六十年代,英特尔创始人之一的戈登・摩尔猜测,集成电路上的晶体管数目,未来将以每 18 个月翻一番的速度安稳增长,并在往后数十年内坚持这种气势。

  我国的超级核算机从荒芜走到沃野,已在千古棋局行至中盘,在年代变局中日渐明晰,凝集起澎湃的力气。


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