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从一无所有到痛定思痛,历经半个世纪,中国高性能计算事业正试图攀登新的高度。
50年,弹指一挥间。对于中国计算事业来说,50年前周总理亲自领导了《科学技术发展十二年规划》的制定,点燃了中国科学技术的火种。被喻为整个IT业制高点的高性能计算最早的历史渊源,可以追溯到1956年的《十二年规划》。
50年,筑就多少辉煌,又留下几多思考。几代人奋斗,打破了外国向我国禁运高性能计算机的历史,神威、银河以及曙光、深腾等系列高性能计算机为国民经济的发展做出了不可磨灭的贡献; 但由于当时历史环境以及自身的条件所限,这些科学家们也眼睁睁地看着种种发展机遇擦肩而过。回顾来时路,艰辛坎坷; 眺望前方,亦并不平坦。
打破“玻璃房子”
时光倒流到建国初期,百废待兴。当时中国计算科学尚属空白,国际社会上对中国施行禁运政策。即使是机器卖给中国,很多国内关键部门的计算机还被关在“玻璃房子”里受卖方人员监控使用,中国工作人员不得接触机器核心部件。1956年,周总理亲自领导了《科学技术发展十二年规划》的制定,所制定的方针原则,作为四项紧急措施之一,填补了我国计算技术学科的空白。
据中国计算机事业创始人之一、中国科学院院士张效祥在纪念计算机所成立30年时回忆,《十二年规划》制定后不久,中国科学院计算所建立了起来。吸取了苏联已有的技术和经验,我国计算所实行了“先集中攻坚,后分散展开”的原则,研制出了中国第一台小型机——103机和第一台大型机——104机。在这之后,又研制成功了107、119、111、717、757等计算机,其中,被誉为“功勋机”的109丙机,为我国的“两弹一星”事业做出了不可磨灭的贡献。1992年,我国第一台每秒25亿次的高性能计算机——曙光1000研制成功。在这台计算机诞生的第三天,国外宣布10亿次计算机对我国解禁。2004年,曙光4000A推出,运算速度达到每秒10万亿次,当时排到了世界高性能计算机TOP500的前10位。
除了中科院计算所,国防科技大学在研究高性能计算机方面也取得了重大进展。1983年,国防科技大学慈云桂教授等专家在极其简陋的条件下,为中国研制出第一台每秒1亿次巨型计算机机系统“银河”。之后,1992年11月,在周兴铭教授领导下,我国成功研制出“银河II”10亿次巨型机,实现了从向量巨型机到处理并行巨型机的跨越。1997年,研制成功“银河III”百亿次巨型机,实现了从多处理并行巨型机到大规模并行处理巨型机的跨越。
“神威”系列也是我国高性能计算机中的主力军之一。1999年9月,由国家并行计算机工程技术研究中心牵头研制成功的“神威”计算机系统投入运行,次年,“神威I”面向社会开放使用。“神威I”浮点运算的峰值速度为每秒3840亿次,在当时世界上已投入商业运行的高性能计算机中排名第48位。神威机投入使用以来,在气象、石油、药物、航空航天等方面获得了可喜的应用。
这些高科技成果,在中国国家安全以及国民经济中发挥了重大的作用。以石油行业为例,中国是世界第五大产油国和第二大石油消费国。寻找新的油气田,以及发掘现有油气田的生产能力,成为石油行业的重要工作之一。石油勘探和开发的主要目标是寻找深层、隐伏和岩性油气藏,油藏数值分析的数据量较大。这样巨大的计算量,只有依靠高性能计算解决方案来承担。神威、曙光等系列高性能计算机在大庆、大港等油田展身手,为“找油”做贡献。

气象、生物医药行业是国产高性能计算机的主要应用领域。从基因排序到药物筛选,从生物信息学中的科学计算、模拟和可视化到构建大型生物信息数据中心,都离不开高性能计算机。成立于1999年9月的北京华大基因研究中心,长期以来致力于基因组学、蛋白质组学、生物信息学的研究。研究中心生物信息部应用平台陈杰副主管向记者介绍,研究中心目前所从事的基因组测序与组装、基因预测、基因功能分析等课题,都是超大规模的海量计算。有些计算任务,在目前的计算能力下都需要一个月的时间,甚至一年的时间,所以只有高性能计算产品才能满足研究中心的计算任务。目前,华大研究中心采用了与中科院计算所联合专门为生物信息学研究研制的超级计算机“曙光4000H”,以及IBM、Sun等厂商的高性能计算产品。有性能强大的计算设备作后盾,研究中心近年来完成了1%人类基因组计划、超级杂交水稻基因组测序等诸多科研项目。
“基础研究”的迷失
在取得成绩的同时,科学家们也在对多年来的高性能计算发展道路进行反思。
张效祥回忆说,计算机《十二年规划》是正确的,它所体现的原则和精神是可贵的。当时很明确,引进(苏联技术)只是一个跳板,是手段而不是目的,归根结蒂是要创立中国自己的计算机事业。可惜从1958年以后到“文化大革命”一系列“左”的影响,破坏了它的贯彻执行,导致了我国计算机事业上世纪80年代的落后局面。
中国科学院院士、北京科技大学教授、中国科学院计算技术研究所终身研究员高庆狮接受本报记者采访时说,中国计算发展50年,从器件上可分为电子管时期、晶体管时期、集成电路时期(上世纪70年代)、超大规模集成电路时期(上世纪80年代后)。从产业上看,可以分为三个时期,第一阶段是国际封锁、自力更生阶段(上世纪80年代以前),这个时期参加基础研究的有上海冶金厂、北京109厂和中国半导体研究所等。第二阶段是引进国外技术时期(上世纪80年代后~21世纪初),此阶段大量引进国外的技术和设备,结果则是有利有弊。一方面在别人的技术上发展速度加快了; 但另一方面,基础性的研究萎缩。原先进行基础研究的上海冶金厂、109厂和中国半导体研究所偏离了原有的基础性研究,转向了相对上层的研究。第三阶段则是在利用国外技术的基础上开展自我研发(21世纪至今),一批“中国芯”开始涌现。
令科学家们更为无奈的是,我国长期形成的注重科研、忽视市场需求的风气,形成了科研和市场“两张皮”问题。许多研究机构仅满足于写论文、评奖,不注重推广应用。
“有一些科研人员做研究不是为将来的应用,而是为了评职称或者获得荣誉称号。在做研究之前根本不了解市场的需求。论文写完后束之高阁,或者研制的机器根本就不能投入商用。”一位研究高性能计算多年的老专家对记者说。时至今日,“技术转化为成果不高”成为了科技界最为逅病的问题,众多吃过苦头的老科学家在各个场合不得不苦口婆心呼吁业界要重视技术成果的转化。
这样的苦头在中科院计算所的历史上也出现过。曙光一号和1000是计算所在高性能计算上的突破。但在市场推广中遇到了问题。据计算所所长李国杰、曙光1000总体设计师祝明发撰文回忆说,曙光一号和曙光1000采用AT