在1983年，随着中国第一台每秒钟运算一亿次以上的“银河一号”巨型计算机的研究成功，我国才真正跨入超算的队伍，中国随后的超级计算机发展经历了几个重大的突破，2009年10月29日，中国首台千万亿次超级计算机“天河一号”诞生，标志着中国的超级计算机成果晋级到新的台阶，恰逢“天河一号”4岁生日的来临，我们一起来回顾国内的超级计算机发展历程。


HPC代表的是强国之梦
　　谈到HPC，相信不少朋友都不会感到陌生。毕竟全球HPC TOP500每年都会更新两次榜单，里面可全是“世界的计算超人”。这些“运算超人“是一个国家技术的象征，也是一个国家的重要战略资源，对国家安全、经济和社会发展具有举足轻重的意义，如在国防领域可用于模拟核试验、飞行器设计、监听对方通讯系统、反导弹武器系统等都可以看到超算的背影。正因为如此，长期以来，把握超级计算机领先技术的西方国家，对包括中国在内的发展中国家实行了严格的管制，严禁出口相关的高端技术和产品。
　　俗话说“靠人不如靠自己”，以美国为首的西方国家对我国技术封锁，激发了我国自主研发超算的决心。我国的超级计算机研制起步于60年代。到目前为止，大体经历了三个阶段：第一阶段，自60年代末到70年代末，主要从事大型机的并行处理技术研究；第二阶段，自70年代末至80年代末，主要从事向量机及并行处理系统的研制；第三阶段，自80年代末至今，主要从事MPP系统及工作站集群系统的研制。而在1983 12月22日，随着中国第一台每秒钟运算一亿次以上的“银河一号”巨型计算机的研究成功，我国才真正跨入超算的队伍！
　　
一、银河一号，我国跨向HPC强国的第一步


　　谈到超算，“银河一号”超级计算机是不得不提的重要角色。这位诞生于1983年12月22日的计算大块头是我国第一款自主研发的超级计算机。研制“银河”超级计算机的难度不是一般人能想象的：当时文革刚结束，国家百废待兴，我国气象部门急需巨型机做中长期天气预报，航空航天部门急需超级计算机以减少昂贵的风洞实验经费，石油勘探部门急需超级计算机进行三维地震数据处理。有一个部门租用了外国一台中型计算机，却要由外方控制使用，算什么题目都要交给人家，中国人不得进入主控室。为了研制新一代导弹核武器，必须进行大量的数值计算和模拟来计算核武器的杀伤效能等等数据，显然不能再靠手摇计算机+人海战那么干了。因此国防科技大学计算机研究所根据时任国防科工委主任的张爱萍上将的指示在1975年开始了对巨型机研制进行调研。
　　直到1978年3月，中央军委主席邓小平同志专门听取了关于计算机发展情况的汇报后，才明确由国防科工委系统承担亿次机研制任务，张爱萍将军为该机命名“银河”。 历经5年研制后，“银河一号”才在国防科技大学诞生。虽然“银河一号”的运算能力每秒钟只有一亿次，甚至比不上智能手机的运算速度，但它却是我国成为能研制巨型机的少数几个国家之一。之后，国防科技大学又继续研发出“银河Ⅱ、银河-III、银河-Ⅳ”几兄弟，在我国不同的科研项目中发挥着重要的“思考运算”工作。
　　
二、曙光一号，我国首款基于通用微处理器的并行计算机


　　也许“曙光”系统的名头并不如“银河”系列、“天河”系列亮堂，但它也是我国超算发展路上不可或缺的成员。如我国首款基于超大规模集成电路的通用微处理器芯片的超算系统就是1993年由国家智能计算机研究开发中心（后成立北京市曙光计算机公司）研制的曙光一号，因此体积远远小于“银河一号”。 
　　1995年，曙光公司又推出了曙光1000，峰值速度达每秒25亿次浮点运算，实际运算速度上了每秒10亿次浮点运算这一高性能台阶。之后1997至2008年，曙光公司先后在市场上推出曙光1000A，曙光2000-I，曙光2000-II、曙光4000、曙光5000超级服务器，其中曙光5000以230万亿次的峰值速度及180万亿次Linpack值，在2008年11月公布的全球HPC TOP500中位列第10位。

 

三、天河一号，我国首台千万亿次超级计算机


　　相信提到天河一号，大家都有所耳闻。由国防科技大学研发、诞生于2009年10月29日的天河一号是我首台千万亿次超级计算机“。这台计算机每秒1206万亿次的峰值速度和每秒563.1万亿次的Linpack实测性能，使我国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家。凭借超强的运算性能，它在同年11月17公布的全球超级计算机500强榜单中取得了世界第五、亚洲第一的成绩，这是中国超级计算机在这一500强排行榜上获得的最高名次。后来国防科技大学在“天河一号”基础上进行技术升级优化，推出了性能更强的天河一号A----拥有每秒4700万亿次的峰值性能及每秒2507万亿次的LINPACK实测值。这也让它荣登第36届全球HPC TOP500的第一名宝座——这也是中国HPC历史上的最佳成绩,打破了美国对此项目的长期垄断，实现了历史性的突破。不过，天河一号A擂主的位置并没有维护多久,仅在8个月之后，日本的超级计算机就将天河一号“挤下擂台”,之此天河一号一次次被后来者超越，来自中国之声似乎戛然而止。国外媒体的各种质疑纷至沓来：“天河一号只是一匹黑马”、“中国的超算技术在世界领先只是昙花一现”。
　　


　　就全世界都在质疑中国科研实力之时，国防科技大学在2013年6月推出了天河二号，并以54.9 PFLOPS(每秒54.9千万亿次浮点运算)的峰值性能将屁股还没坐热的美国能源部橡树岭国家实验室“泰坦”(Titan)从世界超级计算机中的“状元位”拉了下来，成为了第41届全球HPC TOP榜单中的新科状元！这也是中国超算继2010年11月天河一号A之后第二次获得此项桂冠。需要指出的是，天河2号使用的是国产的Kylin Linux——麒麟操作系统，主要的研发、测试和生产全部由来自国防科技大学及国内的计算机科学家完成，内部连接使用自主研发的TH Express-2，前端处理器则使用来自国内研发的飞腾中央处理器，而能耗比达到了1.9GFlops/W(19亿次计算每秒每瓦特)也算是属于世界先进行列了。
　　
写在最后：中国化特色之路
　　可以说，经过几十年不懈地努力, 我国的超算研制已取得了丰硕成果，“银河”、“曙光”、“天河”等一批国产超级计算机系统的出现，使我国成为继美国、日本之后，第三个具备研制高端计算机系统能力的国家。但是和国外高性能计算实力相比较，我们的HPC在软件应用、核心技术、系统架构的创新上却有相当大的差距。如我们的HPC尽管计算速度上去了，但是核心芯片、所跑的HPC软件都是国外的。此外，中国与国外的差距还是在于超级计算机的实际应用。在美国日本等超级计算机技术发达国家，在超级计算机的支持下，汽车、飞机、航天、电影等一大批产业发展很快，甚至于如何包装薯片以保证其完整性等生产细节问题也会用超级计算机来模拟解决，超级计算机已经与社会生产发展实现了深度融合。而我国的超级计算机应用普遍局限于专业级领域，比如气象、军事、航空等方面，应用的瓶颈不仅导致了超级计算机资源无法充分应用到社会、科研及生产中去，同时也限制了自身的发展。在未来，高性能计算需要推动普及化应用，只有应用需求与产业化技术得到有效提升，我国高性能计算的发展才能真正做大做强，才能走出属于中国化特色。