决战时机

随着21世纪之门向人类徐徐开启，超级计算机“并行计算时代”开始遭遇“寒流”。这股“寒流”的显著标志，就是单芯片性能提升受到制备工艺限制而大大放缓。也就是说，科学家们提高超级计算机系统的整体性能，只能依赖于加大系统规模。这样一来，系统性能在突破每秒千万亿次后，就会出现一系列难以逾越的“高墙”：

比如体积，它将有几个足球场那么大。

比如功耗，需要建一个专用的发电站，才能满足它的功耗。

这一个个难以攻克的技术瓶颈，标志着超级计算机纯粹CPU超大规模并行计算技术路线已走进“死胡同”，而需要新的体系结构理论来支撑。

这意味着在高性能计算机新的技术高峰面前，中国等发展中国家的超级计算机发展，和美、日等发达国家都处于同一起跑线，我国在超级计算机领域决战决胜、冲击“珠峰”的时机已经来临！

为超级计算机技术“破冰”的东风是什么？

超级计算机发展之路在何方？

在超级计算机技术发展的十字路口，有人在期待，有人在徘徊，有人在观望，更多的人在躬身探索。

国防科技大学计算机学院大楼旁的银河广场上，一名身材魁梧、浓眉大眼、气宇轩昂的中年军人，时而慢慢踱步，时而驻足沉思，时而抬头仰望一眼广袤的太空。

他就是银河系列超级计算机总设计师杨学军教授。

杨学军手上夹着香烟，一口接一口地抽着，一支接一支地点着。他的思绪，随着缓缓吐出的烟雾，袅袅地飘向太空，飘向世界，飘向深邃的历史……

什么样的体系结构可以破除超大规模并行超级计算机面临的“高大难”（功耗高、体积大、技术实现难）窘境呢？

这个大大的问号，拽着杨学军及其团队成员的思绪快速且不停歇地运转起来。为此，身兼行政领导、型号总师的杨学军，无论工作有多忙，每周都要抽出两天时间与大家交流讨论学术问题，而且常常因此错过吃饭时间。这时他就自掏腰包给大家改善伙食，在饭桌上边吃边继续讨论课题，经常有意想不到的收获。

平时，杨学军和团队成员身上都带着两块手机电池。一旦有新发现，就打电话交流讨论，常常一打就是一两个小时，打到两块电池都没电，打得手机烫耳朵。

他们终于发现了可用于科学与工程计算的64位流处理器，并成功应用于大规模并行系统的构建。这一研究成果，是名副其实的世界首创！

2007年6月，杨学军带领团队完成的流处理器研究论文《64位流处理器体系结构研究》，发表在国际计算机系统结构年会（ISCA）上，并被国际权威期刊《IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems》录取。该论文介绍了国防科技大学自主设计的面向科学计算的64位流处理器和其编程方法。这是国际计算机系统结构年会（ISCA）录取的第一篇来自中国研究机构、由中国学者独立完成的学术论文，也是计算机发展史上第一个由中国人提出的体系结构理论。

论文发表后，在国内外计算机领域引起轰动。

CPU与64位流处理器异构融合体系结构，为世界超级计算机技术突破“冰封期”提供了崭新的思路。

杨学军的《64位流处理器体系结构研究》发表一年后，即2008年6月18日，美国突然宣布：IBM公司采用异构融合体系结构技术成功研制出一台峰值速度每秒1.37578千万亿次的超级计算机，并将其命名为“走鹃”。美国在异构融合体系结构技术领域捷足先登，打响了新一轮决战的第一枪，世界强国在超级计算机领域新的较量正式拉开序幕！

21世纪的中国，别无选择，唯有接招，准备决战！

进攻目标锁定后，攻击路线就是关键。

两年前，杨学军带领大伙探讨64位流处理器Imagine时，他的脑海里就同时思考着另一种与之有着异曲同工之妙的电子芯片——GPU的科学计算问题。也就是说，研制每秒千万亿次超级计算机可走既定的CPU+64位流处理器Imagine异构融合技术路线、也可尝试CPU（通用微处理器）+GPU（专用微处理器）异构融合技术路线。

对于前者，团队已攻关多年，有着比较雄厚的技术积累，成功可能性比较大。而对后者，当时国际上公认GPU最高计算效能仅为20%，根本不可能用于研制超级计算机。

但使用GPU构建超级计算机的优势显而易见：它运算速度快，比CPU高出6倍，能有效缩小机器空间；它能耗低，仅有CPU的五分之一，可有效解决超级计算机高能耗短板；它在市场上流通的品种很多，可供选择性大，而且技术成熟；它价格便宜，可有效提高机器的性价比，让用户用得起……

而将GPU用于超级计算机研制的劣势，同样不容忽视：它能否用于高性能计算机，还是个未知数，探索之路将非常艰难，而且风险很大。

以杨学军为总设计师的总师组，经过深入技术调研、反复权衡利弊，决定大胆尝试CPU+GPU异构融合技术之路。

从每秒10万亿次直接冲刺每秒1000万亿次，走别人没有走过的CPU+GPU技术路线，他们的这一超常决策，在业内引起一片哗然。

“研制超级计算机一般都以10倍速度逐步递增，这已成为国际惯例。从每秒10万亿次直接向每秒1000万亿次跨越，这一步是不是迈得大了点？能跨过去吗？”

“就是把机器做出来了，应用水平能跟上吗？”

“GPU能否用于高性能计算还是个谜，用它研制超级计算机，这是不是太冒险了？”

……

面对沸沸扬扬的疑问，杨学军率领的总师组认为，两步并作一步走的事，虽然国际上少有，但对银河人来说却并不是什么新鲜事。当年慈云桂带领大家研制“远望一号”远洋测量船中心计算机时，不也是从每秒万次直接向每秒100万次冲刺的嘛。当今世界，超级计算机每10年性能提升1000倍，在此情况下，若按照所谓“惯例”，按部就班、亦步亦趋，只能永远处于“跟班”“借鉴”“仰人鼻息”的被动局面。只有从荆棘丛中、险关狭隘另辟蹊径，才能杀出重围，率先“登顶”。至于用于图像处理的GPU能否用于科学计算，杨学军坚定地认为，凭着团队数十年超级计算机教学科研积淀的厚实底蕴，和对64位流处理器研究取得的创新成果、技术基础，定能触类旁通，攻克GPU计算效能这一世界难题。

国防科技大学党委积极支持他们的跨越壮举，向创新团队发出了“我们的胸怀有多宽，我们的事业就有多大”的动员令，鼓励大家确立决战决心，坚定决胜信心。

带着国家重托、民族期望，国防科技大学超级计算机创新“航母编队”，浩浩荡荡向着新的技术彼岸进发！