“银河-i”40周岁了！传承与超越，“中国超算”的光辉之路！
来源： 科普中国 发布时间：2023-12-22
1983年12月22日，我国自主研制的银河-i型巨型计算机，在湖南长沙的国防科技大学横空出世。这是一台有着圆弧形柱状外型，高约2.2米、外径2.3米的超级装备，它以每秒超过1亿次浮点运算的澎湃算力，开启了中国超级计算机四十年的辉煌发展历程。
中国第一台每秒钟运算一亿次以上的“银河”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。（来源：新华社）
01受制于人的国家算力
巨型计算机通常也称超级计算机，其运算速度和存储容量超过普通计算机几个数量级，可以快速完成其他计算机难以胜任的大规模复杂运算。从石油勘探、天气预报，到发动机仿真、航天器测控，再到攸关国防安全的核试验模拟……在一切需要密集运算和海量数据处理的科研领域，超级计算机都能发挥不可替代的作用。毫不夸张地说，超级计算机所代表的强大算力，构成了一国科研乃至综合国力的一部分。
上个世纪六、七十年代，美、日等国的超算技术发展迅猛。1976年，美国cray-1成为世界第一台亿次超级计算机，随即被用于美国新型核武器的研发运算。这一时期的中国，却饱受缺乏高性能计算机之苦，科学研究、经济发展和国防建设受到算力不足的严重制约。宝贵的石油勘探数据不得不送到国外处理，费用高昂、耗时很长且容易泄密。好不容易从美国买来了超级计算机，中方专家却无权进入控制室，所有运算必须请外方人员操作。
国家算力怎么能长久受制于人？1978年5月，中国国防科委召开巨型机方案论证和协作会议，决定用六年左右时间、两亿元左右经费，研制一台每秒运算1亿次的巨型计算机。国防科技大学计算机研究所承接了光荣而艰巨的研制任务，计算机专家慈云桂出任总设计师和技术总指挥，开始了我国超级计算机从无到有的第一次跨越。
02 千锤百炼的大国重器
以决策会议的召开日期为代号，亿次机的研发任务被命名为“785工程”。在几个月的广泛调研中，研制团队获得了美国cray-1计算机的技术资料，认为其设计思想和体系结构较为先进独到。总设计师慈云桂借鉴cray-1的先进结构重新进行总体设计。最终，785型计算机采用了双向量阵列体系结构方案，力争研制出既符合国情又紧跟国际主流的亿次机。
从1978年5月工程启动，到1983年12月通过国家鉴定， 785型计算机的研制工作经历了六个阶段。从总体方案论证和工程准备、模型机研制，到主机生产、巨型机硬件系统调试，再到贯穿工程全过程的软件系统研制和联调，直至验证工程成败的试算和国家技术考核、鉴定，以慈云桂教授为代表的科研人员奋战5年，只用了原计划1/5的经费就提前完成了研制任务，新生的785型计算机也有了一个响亮的名字：银河-i。
为了验证“785”工程目标是否完全实现，我国专家对首台银河-i型巨型计算机进行了极其严格的技术考核。1982年6月和9月，银河-i先是接受了用户单位的系统考核。1983年12月，国防科工委组织国家鉴定会议， 7个专家小组对银河-i进行了更加全面的技术鉴定。面对一项项近乎苛刻的技术考核，银河-i型巨型计算机表现出了令人惊喜的稳定可靠：
（1）硬件系统设计合理、质量精良，200多万个焊点无一虚焊；
（2）多次测试结果表明，硬件向量运算速度达到每秒1亿次以上；
（3）26道复杂的正确性运算考题，3遍计算的数字完全相同，结果的正确和精度完全符合要求；
（4）系统连续稳定运行150小时，远超平均无故障时间24小时的设计要求……
1983年12月22日，银河-i型巨型计算机顺利通过国家鉴定，鉴定书确认“银河计算机是中国自行研制的第一台亿次电子计算机系统。”千锤百炼的银河-i型巨型计算机，让中国打破了美、日等国的技术垄断，一举成为能够研制亿次超级计算机的少数国家之一。
03 永远闪亮的“银河”精神
研发成功之后，我国先后生产了三台银河-i型巨型计算机。一台留在国防科技大学计算机研究所，服务于经济建设和国防应用；一台远赴河北涿县石油部物探局研究院，为石油勘探的地震数据处理提供了强大算力；还有一台成为四川绵阳西南计算中心主机，化身每年运行超过8000机时的超级“劳模”，为工程物理科学计算、航空航天课题计算立下了汗马功劳。
银河-i巨型计算机的研制和应用，充分展现了超级计算机产业的巨大价值和广阔前景。“胸怀祖国、团结协作、志在高峰、奋勇拼搏”的“银河精神”，以及银河-i型巨型计算机研制过程积累的技术和经验，更是成为中国计算机科研人员的强大动能，激励他们为赶超世界先进水平不懈奋斗。银河-ii型十亿次巨型计算机及银河-iii型百亿次巨型计算机，分别于1992年和1997年相继研制成功。
“银河-ⅱ”巨型计算机（来源：论文截图）
国防科技大学的“银河”与“天河”系列，联想集团的“深腾”系列，中科曙光的“曙光”系列，国家并行计算机工程技术研究中心的“神威”系列……二十世纪九十年代以来，中国超级计算机阵营日益壮大，新型国产超算不断挑战世界先进水平。
2010年11月，中国“天河一号”a超算，以开创性的cpu gpu异构融合体系结构，实现了峰值4700万亿次、持续2566万亿次的运算速度，成为全世界算得最快的超级计算机，使得中国超算历史性地跃上了世界巅峰。
2009年10月29日，峰值性能为每秒1206万亿次的“天河一号”超级计算机由国防科技大学成功研制。我国成为世界第二个可研制千万亿次超级计算机的国家。图为“天河一号”千万亿次超级计算机系统。 （来源：新华社）
正在对“天河一号”超级计算机进行系统性能测试的科研人员（来源：新华社）
2016至2017年，安装了40960个国产处理器的神威·太湖之光，曾经连续占据全球超算运算速度冠军宝座两年之久。
神威·太湖之光超级计算机（来源：新华社）
“神威·太湖之光”超级计算机的监控面板（来源：新华社）
“神威·太湖之光”超级计算机的交换机网线（来源：新华社）
当今世界超算技术的竞争焦点，首推每秒运行一百亿亿次运算（exaflops）的e级超算。我国的“天河三号”和“神威·海洋之光”，都是e级超算桂冠的有力竞争者。
“天河三号”百亿亿次原型机（来源：新华社）
40年弹指一挥间，从银河-i型巨型计算机艰难起步的中国，已经成为世界超算技术领域的实力派。“银河精神”也和“两弹一星精神”一样，成为中华民族共同的历史记忆和精神财富。
作者：秦彧 计算机信息系统管理高级工程师、2017“十佳新锐科普创客”大赛文章类一等奖获得者
出品：科普中国
监制：中国科学技术出版社有限公司、中科数创（北京）数字传媒有限公司
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