“天河一号”横空出世国计民生息息相关

潘 婷

在国防科学技术大学近千平方米的巨大机房中，记者见到了“天河一号”。103台灰白色的计算机机柜整齐列阵，机身上的小指示灯渐次闪烁。机房中，每台机位的上下两个抽屉式电风扇让机房中充斥着阵阵凉风。

超级计算机研制困难重重

当今世界，高性能计算已成为理论和试验之外的第三种科学研究手段，是推动科技创新和经济社会发展的战略性技术。各大国纷纷投入巨资研制开发超级计算机系统，以提升综合国力和科技竞争力。

在2009年6月公布的世界超级计算机500强(TOP500)中，美国占据291席，欧洲占据145席，亚洲仅占十几席。与发达国家相比，我国不仅在计算能力上相差一个量级，装机数量也相去甚远。那么，要研制成功“天河一号”这样的巨型计算机，研究人员面临的最重要的技术难点主要有哪些?

“天河号”工程重要参与者、国防科学技术大学计算机学院的李思昆教授告诉记者，任何一台巨型计算机的研制都必须要解决以下几大难题。

首先，在体系结构方面。一台计算机从百万亿次到千万亿次的跃升并不只是一个简单的数字上的变化，而需要在其体系结构上进行大量的创新和调整。“如果原来是10个人来完成某项工作，现在就相当于要有100个甚至1000个人来完成一项工作。每个人的工作怎么分配，人与人之间如何分工合作、如何互联协调就变得极其重要。否则，就很难保证1000个人的工作效率就比100个人高。很可能这1000个人的内耗巨大，或者经常需要返工，而导致工作效率低于100个人的效率。”要解决这些问题，就需要设计出一套让这数千个部件可以和谐互联的体系系统。

第二点，如何来应对错误。李思昆教授告诉记者，“天河一号”有1万余个部件，从科学角度来讲，故障是不可避免的，“这就需要设计出一套机制来保证某个部件的错误不至于影响到整个系统的运作，此外还可以尽快找到并排除错误”。

第三点，就是要解决能耗问题。巨型计算机的能耗极大，即使是效能已经很高的“天河一号”，耗电量也达到1280kW/h。“一个美国科学家曾经说过，‘如果不解决能耗问题，那么巨型计算机就只能和核电站建在一起了”，而美国就打算把未来的超级计算机建在海边，因为核电站需要用海水来为核反应堆降温。

超级计算机与国计民生息息相关

在“天河一号”机房的一台显示器前，记者看到了“天河一号”计算并预报的2009年8月9日袭击台湾的“莫拉克”台风的走势图。从这段动画中可以清晰地看到中心风力和走势，而这次预报被证实与后来的真实情况基本相同，准确率极高。

除了气象预报领域，超级计算机在很多和国计民生相关的重要领域都发挥着举足轻重的作用。

“天河一号”工程重要参与者、国防科学技术大学计算机学院窦文华教授为记者展示了一段美国总统信息技术顾问委员会2005年6月对总统提交的报告，报告中说-计算科学对国家保持科学研究领导地位、提高经济竞争力以及维护国土安全发挥了重要作用。该委员会确信，计算科学是21世纪最重要的技术领域之一，因为它对整个社会的进步起着基础性的作用。

而美国国家研究委员会计算机科学与通信部2004年11月也提交过以下报告：为满足美国现在和未来的需求，政府部门应该和国会一起在加速超级运算发展和确保国家在持有多个强有力的软硬件供应方面担负起主要职责。

从这两份报告中，可以充分表明美国以及世界各国对发展超级计算机重要意义的认识。

此外，“天河一号”工程办公室主任李楠还通过几个例子，向记者展示了巨型计算机在国计民生各关键领域的支撑性作用。

在制药领域中，巨型计算机出现前，一种新药的问世要经过原理研究、动物实验、志愿者实验等数个步骤，整个研制周期在15年左右。而如今，很多基础性的实验和计算工作都可以由巨型计算机来完成，一种新药的研制周期可以缩短为3～5年。“一种新药可以改变人类的命运，比如盘尼西林，就以其广谱抗菌能力，挽救了无数人的生命”，李楠说。

在飞机制造领域，巨型计算机也发挥了不可替代的作用。以前，飞机确定外形需要在风洞中进行大量实验。“比如，某型号的波音飞机在确定外形前就在风洞中进行了3年的定型试验。而现在，通过巨型计算机强大的计算能力和模拟技术，大量的实验可以通过计算机计算和模拟而省去，周期可以缩短到3～6个月”。

在石油勘探领域，巨型计算机也发挥着重要的作用。李楠主任告诉记者，1983年面世的“银河一号”超级计算机，其当时研制的主要目的就是为了石油勘测。“我们当时要从美国进口相关的计算机，但是美国人不允许我们进核心控制室，所以，国家当时就下定决心要研制出自己的超级计算机”。

可见，“天河一号”的诞生，是我国高性能计算机技术发展的又一重大突破，是国家和军队信息化建设的又一重要成果，标志着我国超级计算机研制能力实现了从百万亿次到千万亿次的重大跨越，我国成为继美国之后第二个能研制千万亿次超级计算机系统的国家，对提升综合国力具有重要的战略意义。

另据介绍，“天河一号”将于2009年年底至2010年在天津滨海新区安装部署。投入使用后，国家超级计算天津中心将成为我国首个具有千万亿次计算能力的“超算”中心，也是世界上少数几个具有千万亿次计算能力的“超算”中心之一，将有力带动天津滨海新区高科技服务产业发展和高端信息产业发展，为经济、社会发展提供高科技支撑。