我国巨型计算机介绍（国之重器巨型计算机的艰难诞生之路）

世界上第一台数字电子计算机诞生于1946年，中国电子计算机的科研、生产和应用是从上世纪五十年代中后期开始的。1956年，周总理亲自主持制定的《十二年科学技术发展规划》中，就把计算机列为发展科学技术的重点之一，并筹建了中国第1个计算技术研究所——中国科学院计算技术研究所。1957年,哈尔滨工业大学研制成功中国第一台模拟式电子计算机。1958年8月1日，我国第一台数字电子计算机——103机诞生。

以逻辑电路器件作为标志，到目前为止的电子计算机可以分为四代。此外还有“第五代”即人工智能计算机和“第六代”即生物计算机的说法。每一代计算机，都比前一代更小、更快，技术工艺要求更高，价钱也更便宜。中国科学家研制从第一代到第四代计算机的工作，几乎贯穿于整个毛泽东时代。

第一代计算机采用电子管。美国研制出第一代计算机用了4年（1943-1946，标志：宾夕法尼亚大学莫尔学院的ENIAC），而中国通过学习苏联的技术，仅用3年就完成了（1956-1958，中科院计算所的103机），并生产了38台。

第二代计算机采用晶体管。美国从第一代计算机进入第二代计算机花了9年时间（1946-1954，标志：贝尔实验室的TRADIC），中国用了7年（1958-1964，标志：哈尔滨军事工程学院，即国防科技大学前身的441B机），生产了约200台。

1958年5月我国开始了第一台大型通用电子计算机-104机研制，以前苏联当时正在研制的БЭСМ-II中型计算机为蓝本，中科院计算所、四机部（15所）、七机部（706所）和总参56所的科研人员与北京有线电厂（738厂）密切配合，于1959年9月完成研制任务。104电子管计算机有二十二个机柜，主机、电机组机房各占地200平方米。全机共用4200个电子管，4000个锗晶体二极管。字长40二进位，内存使用直径2mm的环形铁淦氧磁心体，容量为4096字，机器时钟频率500KHz，运算速度每秒约一万次浮点运算，运行功率为100千瓦。1958年10月完成部件生产，1959年4月完成调试。104机共生产了7台。为使计算机产业化，保证整机配套，60年代中期，全国建立了11家计算机主机和外部设备厂，职工人数1万3千人。分布在北京、上海、天津、贵州、黑龙江、山东、江苏等地。1970年之前，仅738厂就生产了十八种类型的174台晶体管计算机。

我国在研制第一代电子管计算机的同时，已开始研制第二代晶体管计算机。1958年7月，中科院应用物理所王守武与林兰英等人，研制出我国第一根硅单晶；并开始筹建我国第1个晶体管厂——中科院109厂，从事锗高频晶体管的批量生产。该厂为计算所研制109乙型晶体管计算机（浮点32二进制位、每秒6万次），提供了十二个品种、14.5万多只锗晶体管。

1964年3月，二机部（主管核工业）提出要在1967年底前，使用约20万次的大型计算机。3月20日，中科院计算所在109乙型基础上，开始研制109丙计算机。1967年4月，完成机器调试，开始进行试算，8月进行验收鉴定。该机所需硅晶体管和锗晶体管，由109厂和公安部辽河实验工厂生产。109丙机是六十年代中期我国自行设计的比较成熟的大型计算机，字长48位，平均运算速度每秒11.5万次。在国内首次采用了自行研制的汇编语言和BCY算法语言，并建立了管理程序。该机共生产两台，为用户运行了15年，有效算题时间10万小时以上，在我国核武器研制工程中发挥了重要作用，被国防科工委誉为“功勋计算机”。

1983年12月22日，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，由国防科技大学计算机研究所在长沙研制成功，使我国成为能研制巨型机的少数几个国家之一，该成果荣获特等国防科技成果奖。

"银河"系列超级计算机

在国防科技大学计算机学院宽敞明亮的机房里，矗立着1个红黄两色相间的大机柜。这就是我国自行设计和研制的第一台每秒运算速度达亿次的超级计算机——“银河—I”。它的诞生，使我国成为继美国、日本之后第3个能独立设计和研制超级计算机的国家。

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1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。

1975年10月和1977年秋，时任国防科工委主任的张爱萍上将先后两次指示国防科技大学计算机研究所对巨型机研制进行调研。在此基础上，国防科工委于1977年11月14日向党中央和中央军委呈交了“关于研制巨型机”的请示报告，党中央和中央军委11月26日就批准了国防科工委的报告。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，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”。

国防科大的前身是1953年创建于哈尔滨的中国人民解放军军事工程学院，1958年“哈军工”研制出我国第一台电子管计算机。由于历史原因，1966年“哈军工”退出军队序列，1970年学院主体南迁长沙，更名长沙工学院，直至1978年才变更为国防科技大学。面对小平同志的信任与重托，时任国防科大计算机研究所所长的慈云桂教授立下军令状。

1983年12月4日，是我国计算机技术发展史上永远值得纪念的日子。这一天，我国自行研究与设计的第一台亿次巨型计算机提前一年研制成功，通过鉴定；它的诞生标志着我国计算机技术水平踏上了1个新台阶。

1986年年初，国防科技大学计算机系申请研制“银河Ⅱ”10亿次巨型计算机，得到了国务院、中央军委和当时的国防科工委的批复，1992年11月国防科大成功研制出“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，成为继美国、日本之后，第3个实现10亿次超级计算机的国家。1994年，银河Ⅱ超级计算机在国家气象局投入正式运行，用于天气中期预报。

1994年3月，在市场激烈的竞争中，“银河-Ⅲ”正式立项。三年后，1997年6月19日，“银河-III”百亿次巨型计算机系统通过国家技术鉴定，它的研制者还是国防科技大学计算机研究所。从1亿次到百亿次，从多处理并行巨型机到大规模并行处理巨型机的跨越；标志着我国已经掌握了高性能巨型计算机的研制技术，而拥有这一技术的国家屈指可数。2000年由10二十四个CPU组成的“银河-Ⅳ”超级计算机问世，峰值性能达到每秒1.0647万亿次浮点运算，其各项指标均达到当时国际先进水平，它使我国高端计算机系统的研制水平再上1个新台阶。

“银河”系列超级计算机如今广泛应用于天气预报、空气动力实验、工程物理、石油勘探、地震数据处理等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益。国家气象中心将“银河”超级计算机用于中期数值天气预报系统，使我国成为世界上少数几个能发布５至７天中期数值天气预报的国家之一。

2006年9月诞生的“神威Ⅰ”的峰值运算速度为每秒3840亿浮点结果，在国家气象局用于气象数值计算。该机在世界已投入商业运行的前500台高性能计算机中排名第48位，其主要技术指标和性能达到国际先进水平。

"神威"系列超级计算机

1996年为加强我国高端并行计算机系统的研制，国家并行计算机工程技术中心正式挂牌成立，开始了神威系列大规模并行计算机系统的研制。1999年神威系列机的第一代产品——神威Ⅰ型巨型机落户北京国家气象局，系统峰值为3840亿次浮点运算，该机在实际应用中取得了很好的效果。于此同时，为顺应国际潮流他们还同步开展了神威“新世纪”集群系统的研制。现已成功推出A、P2个系列的“新世纪”集群系统，其中A系列采用Alpha21264处理器，P系列采用IntelXeon处理器，2款的最大规模均可扩至千余节点。目前该系统已广泛地应用于石油、物探、生物、气象和材料分析等各个领域。

上世纪80年代末90年代初，世界计算机领域悄悄地孕育着一场革命，传统的向量机发展受到了限制，大规模并行机悄然问世。金怡濂教授敏锐地洞察到这一新的发展趋势是实现中国计算机跨越发展的一次重要机遇。与此同时，机遇也落到了他的身上，他担任了国家重点工程———“神威”巨型计算机系统的总设计师。

金怡濂教授当即提出了1个我国超大规模巨型计算机研制的全新的跨越式的方案。这一方案不仅当时在国内尚无先例，而且把巨型机的峰值运算速度从每秒10亿次跨越到每秒3000亿次以上，跨越了2个数量级。在国家并行计算机工程技术研究中心召开的“神威”机研制方案论证会上，许多人对此方案表示惊讶、怀疑，甚至反对，提出继续搞比较保险的传统机型。金怡濂力排众议：“不挑战就会失去竞争的机会，不突破就没有中国巨型机的崛起。”经过他的精辟分析，与会专家最终通过了他提出的总体方案。实践证明，这是1个具有战略意义的跨越，闯出了一条中国巨型机赶超世界先进水平的发展道路。

气象预报是超级计算机最重要的应用领域之一。在神威Ⅰ型机上运行的“集合天气预报系统”采用了32套原始数据，输入计算机进行运算，然后得出3两个结果，再运用气象学的知识和统计的规律，在这个结果群里，找出可能性最大的未来天气的情况。以往10天的天气数值预报，在百亿次机上运算大约需要640小时，等预报结果出来时，就已经不是“预报”了。利用“神威”机进行运算，则只需要8小时。

“神威”机的另一项重要的应用就是石油勘探。要开采石油，必须钻井。打一口井耗资巨大，差不多要几百万甚至上千万，如果选择的钻井地点有偏差，那么投入的人力、财力、物力就会全部浪费，损失巨大。因此提前的精确测算格外重要。

在认为可能的地方进行人工爆破，然后搜集爆破后的反应，记录它的反射弧，把这些数据送到计算机上进行处理，地质专家再根据得出的结论分析石油的分布。应用“神威”机后，可以明显提高分析面积和准确程度。

“神威”机在石油领域的另1个重要应用是“油藏模拟系统”。类似大庆那样的老油田，油采出来还要注水平以衡压力。现在地下还剩下多少油，也是需要大量的计算。用普通的工作站，可能要算1个月才有结果，而为了提高准确度，一套程序要算好几遍。一次就要1个月，显然达不到要求。用了神威机之后，由1个月变成了1个星期，现在变成了几个小时。

"深腾"系列超级计算机

90年代末以生产个人电脑和服务器著称的联想集团，也加入了研制高端计算机系统的行列，且一鸣惊人。2002年由该集团研制的运算速度超过每秒万亿次浮点运算的“深腾1800”高端计算机系统在北京中关村诞生。它是我国第一台由企业研制开发的万亿次级计算机产品，标志着国内大型IT企业开始进入高性能计算领域的研究开发。在当年11月公布的全球高性能计算机TOP500排行榜中，“深腾1800”以每秒1.046万亿次浮点运算的实测性能排在第43位，这也是我国企业生产的高端计算机系统首次入围TOP500。此外，该集团还于1999年和2000年分别推出NS10000及NS20000高性能服务器集群系统，同期从事高性能集群系统研究的还有清华大学和上海大学等单位。1999年由清华大学研制的“探索108”大型群集计算机系统及高效能网络并行超级计算机THNPSC-1问世，其最高浮点计算速度达到每秒300亿次；2000年由上海大学研制的集群式高性能计算机系统——自强2000-SUHPCS在上海诞生，其峰值速度为每秒3千亿次浮点运算。

中国超级计算机谱系表

国防科技大学计算机研究所——“银河”系列

银河-Ⅰ1983年运算速度每秒 1亿次

银河-Ⅱ1994年 运算速度每秒10 亿次

银河-Ⅲ1997年 运算速度每秒130 亿次

银河-Ⅳ2000年 运算速度每秒1万 亿次

天河一号2010年 运算速度每秒2507万亿次（2010年世界超级计算机排名世界第一）

中科院计算技术研究所——“曙光”系列

曙光一号1992年运算速度每秒6.4 亿次

曙光-10001995年运算速度每秒25 亿次

曙光-1000A1996年运算速度每秒40 亿次

曙光-2000Ⅰ1998年运算速度每秒200 亿次

曙光-2000Ⅱ1999年运算速度每秒 1117亿次

曙光-30002000年运算速度每秒 4032亿次

曙光-4000L2003年运算速度每秒4.2 万亿次

曙光-4000A2004年运算速度每秒11 万亿次

曙光-5000A2008年运算速度每秒230 万亿次

曙光-星云2010年运算速度每秒 1271万亿次（世界第三台达到千万亿次的超级计算机）

国家并行计算机工程技术中心——“神威”系列

神威-Ⅰ1999年 运算速度每秒3840 亿次

神威3000A2007年运算速度每秒18 万亿次

神威蓝光2010年运算速度每秒1100万亿次 （我国第一台全部采用国产CPU的超级计算机）

联想集团——“深腾”系列

深腾18002002年 运算速度每秒1 万亿次

深腾68002003年 运算速度每秒5.3 万亿次

深腾70002008年运算速度每秒106.5万亿次

深腾X在研运算速度每秒1000 万亿次

世界各大国里面只有美国、中国是自己制造的百万亿次超级计算机，由于美国严格的高技术禁运政策，如果不是我们自己能研制出来，那么我国现在最快的超级计算机，也就是从IBM买来的25万亿次每秒的淘汰产品。

2009年6月15日，国内首台百万亿次超级计算机 “魔方”，在上海正式启用。

2009年6月15日，国内首台百万亿次超级计算机 “魔方”，在上海正式启用。

2009年10月29日，中国第一台千万亿次超级计算机——天河一号，在湖南长沙亮相。“天河一号”由140个机柜组成，每个机柜1.45米宽、1.2米深、2米高，排成13排，这个方阵占地约700平方米，总重量约160吨。2010年11月16日，在国际超级计算机TOP500组织正式发布第36届世界超级计算机500强排行榜上，中国研制的“天河一号”超级计算机，以峰值速度4700万亿次、持续速度2566万亿次每秒浮点运算的优异性能，位居世界第一。比排名第二的美国“美洲虎”超级计算机快了1000万亿次。

天河一号千万亿次超级计算机，运算1小时的工作量，相当于全国13亿人同时计算340年；运算1天，相当于1台双核的高档桌面电脑运算620年；总的存储容量能够容纳1千万亿个汉字，相当于一个存储10亿册100万字书籍的巨大图书馆。目前，“天河一号”已在石油勘探、高端装备研制、生物医药、动漫设计工程设计与仿真分析、气象预报、遥感数据处理等方面获得成功应用。这台巨型计算机，每小时耗电4040度，日耗电近10万度，这在世界超级计算机家族中，已经算是比较节能的“绿色电老虎”了。

天河一号千万亿次超级计算机中，安装有2048颗国防科技大学研制的飞腾1000（FT-1000）流处理器芯片。飞腾1000（FT-1000）为64位8核处理器，采用GPGPU架构，65纳米工艺，3.5亿个晶体管，主频达到1GHz，可实现64线程并行运算。

“星云”千万亿次超级计算机位于深圳国家超级计算机中心，由曙光公司的曙光TC3600刀片系统集群组成，最大浮点性能为1271万亿次每秒，是世界第三台实现双精度浮点计算超千万亿次的超级计算机。2010年5月，在德国汉堡举行的2010年国际超级计算大会上，TOP500组织公布了第35届全球超级计算机五百强排行榜，中国曙光公司研制的“星云”千万亿次超级计算机，排名世界第二。当时世界最快的超级计算机，是位于美国田纳西州橡树岭国家实验室的“CrayJaguar”，主要用于模拟核试验，去年11月它的峰值速度是每秒1750万亿次。在上榜计算机总数上，中国此次共有24套超级计算机上榜，与德国持平，位列美国(282)、英国(38)、法国(29)之后，另外中国香港也有一套系统入围，中国台湾则已从榜上消失。

2007年，联想集团成为英国AT&T威廉姆斯车队顶级赞助商，提供联想深腾1800超级计算机，用于车队的空气动力学风洞模拟试验以及碰撞仿真和CAD/CAM等研究领域。这台超级计算机采用机群架构，拥有166台服务器、65两个计算核心，以每秒八万亿次的峰值浮点运算能力，将车队原有计算解决方案的运算能力提高了4倍，使车队风洞模拟过程的速度提高约75%。

神威蓝光千万亿次超级计算机采用的申威1600型16核64位CPU处理器，是由无锡江南计算技术研究所研制的第三代处理器，2010年8月完成，采用AlphaRISC架构，主频1.1G，功耗35-70瓦，65纳米代工工艺，峰值运算速度达每秒1408亿次。运算速度高于日本富士通研制的SPARC64VIIIfx处理器，和美国英特尔酷睿i7 980XE。

今年6月，国际超级计算大会发布了全球超算500强最新榜单。中国境内有219台超算上榜，上榜数量连续第四次位居第一；神威·太湖之光和天河二号继续排在第三、第四位；联想、浪潮和中科曙光三家中国企业分别以173台、71台和63台的数量位居全球超算制造商前三位。

超级计算是计算机界“皇冠上的明珠”，在科研、气象预报等领域都有着广泛的应用，被视为“国之重器”、科技突破的“发动机”。从1983年我国第一台每秒钟运算一亿次以上的“银河一号”巨型计算机的研制成功，到曙光系列、天河系列、神威系列的相继问世，我国成为世界上第三个具备研制高端计算机系统能力的国家。经过数十年的不懈努力，中国超算一步步成长，并向着超算强国迈进。

“我们走过了一条从0到1、从无到有、从跟随到超越的发展之路。”联想集团高级副总裁童夫尧对此深有感触。从20年前联想组建超算部门，到为载人航天提供计算技术保障，再到产业化应用的迅速拓展，超算的发展不仅印证了计算机产业的长足进步，也折射出我国科技实力的快速跃升。

,