我國首臺千萬億次超級計算機系統——“天河一號”近日由國防科學技術大學研制成功。在今天上午召開的中國高性能計算機TOP100組織的例行會議中，該組織公布了2009年度中國高性能計算機前100強排名，“天河一號”高居榜首。

　　“天河一號”有哪些特點？其研制過程中的難點在哪里？巨型計算機對于一個國家的意義何在？就這些問題，記者采訪了參與“天河一號”研制的國防科學技術大學計算機系的專家。

　　可以存下13億中國人每人一張照片

　　今天上午，在國防科學技術大學面積近千平方米的巨大機房中，記者見到了“天河一號”。

　　103臺灰白色的計算機機柜整齊列陣，機身上的小指示燈漸次閃爍。機房中，每臺機位的上下兩個抽屜式電風扇讓機房中充斥著陣陣涼風。

　　在緊張工作的“天河一號”旁邊，“天河一號”工程辦公室主任李楠向記者介紹了“天河一號”的特點。

　　李主任告訴記者，“天河一號”的第一個特點是性能高。高性能首先表現為高運算速度。“‘天河一號’24小時的工作量，如果用現在最先進的雙核高性能個人PC機來操作，需要整整160年才能完成。”另外，高性能也體現在其存儲量巨大，“天河一號”的存儲量可以達到1PB。“如果給全中國13億人每人拍一張高清晰度的數碼照片，在‘天河一號’里可以全部存下來。”

　　另外，“天河一號”具有高效能。“其效能的高低，通俗來說就是是否省電，也就是單位計算性能需要消耗多少資源。參照國際上關于高性能計算機效能 GR EEN 500組織在2009年6月公布的排名中，‘天河一號’排名第五。這說明‘天河一號’的能效在世界上處于領先水平。”

　　其第三個特點是高安全性。李主任告訴記者，安全性對于任何一臺計算機來說都非常重要，“尤其是對于巨型計算機來講，它的用戶主要是大的石油企業、氣象預報部門和各大銀行系統等，這些單位對于信息安全的要求都非常高。”李主任表示，對于普通的聯網PC機來說，管理員擁有查看權限，可以進入網絡中的任何一臺計算機的內部。但是，對于“天河一號”來說，只有用戶自己掌握密碼，系統管理員也不能進入用戶的信息系統查看到任何信息。“打個比方，一個用戶如果擁有了‘天河一號’的使用權，就相當于某個人在銀行租到了一個保險柜，唯一一把鑰匙就在這個人自己身上，銀行的工作人員和任何其他人都不可能打開這個柜子。”

　　“天河一號”的第四個特點是易使用。“天河一號”在設計上采用刀片式結構，每個機位都包含可以抽出的32個刀片，這些刀片上裝有電路板。“當某個刀片上某點出現故障，計算機的錯誤自查系統會迅速找到并定位錯誤出現的刀片位置。然后，工作人員可以迅速將其抽出并進行維修。此外，雖然“天河一號”其體積巨大、工作原理復雜，但是其操作界面和普通PC機相似，操作簡便，而且可以與大部分國際上通用的軟件兼容。

　　巨型計算機研制困難重重

　　當今世界，高性能計算已成為理論和試驗之外的第三種科學研究手段，是推動科技創新和經濟社會發展的戰略高技術。各大國紛紛投入巨資研制開發超級計算機系統，以提升綜合國力和科技競爭力。

　　在2009年6月公布的世界超級計算機500強(TOP500)中，美國占據291席，歐洲占據145席，亞洲僅占十幾席。與發達國家相比，我國不僅在計算能力上相差一個量級，裝機數量也相去甚遠。那么，要研制成功“天河一號”這樣的巨型計算機，研究人員面臨的最重要的技術難點主要有哪些？

　　“天河一號”工程重要參與者、國防科學技術大學計算機學院的李思昆教授告訴記者，任何一臺巨型計算機的研制都必須要解決以下幾大難題。

　　首先，在體系結構方面。一臺計算機從百萬億次到千萬億次的躍升并不只是一個簡單的數字上的變化，而需要在其體系結構上進行大量的創新和調整。“如果原來是10個人來完成某項工作，現在就相當于要有100個甚至1000個人來完成一個工作。每個人的工作怎么分配、人與人之間如何分工合作、如何互聯協調就變得極其重要。否則，就很難保證1000個人的工作效率就比100個人高。很可能這1000個人的內耗巨大，或者經常需要返工，而導致工作效率低于100個人的效率。”要解決這些問題，就需要設計出一套讓這數千個部件可以和諧互聯的體系系統。

　　第二點，是如何來應對錯誤。李教授告訴記者，“天河一號”有1萬余個部件，從科學角度來講，故障是不可避免的，“這就需要設計出一套機制來保證某個部件的錯誤不至于影響到整個系統的運作，此外還可以盡快找到并排除錯誤。”

　　第三點，就是要解決能耗問題。巨型計算機的能耗極大，即使是效能已經很高的“天河一號”，每小時的耗電量也達到1280千瓦／時。“一個美國科學家曾經說過，‘如果不解決能耗問題，那么巨型計算機就只能和核電站建在一起了。’”而美國就打算把未來的巨型計算機建在海邊，因為核電站需要用海水來為核反應堆降溫。

　　巨型計算機與國計民生息息相關

　　在“天河一號”機房的一臺顯示器前，記者看到了“天河一號”計算并預報的2009年8月9日襲擊臺灣的“莫拉克”臺風的走勢圖。從這段動畫中可以清晰地看到臺風的中心、中心風力和走勢，而這次預報被證實與后來的真實情況基本相同，準確率極高。

　　除了氣象預報領域，巨型計算機在很多和國計民生相關的重要領域都發揮著舉足輕重的作用。

　　“天河一號”工程重要參與者、國防科學技術大學計算機學院竇文華教授為記者展示了一段美國總統信息技術顧問委員會2005年6月對總統提交的報告，報告中說：計算科學對國家保持科學研究領導地位、提高經濟競爭力以及維護國土安全發揮了重要作用。該委員會確信，計算科學是21世紀最重要的技術領域之一，因為它對整個社會的進步起著基礎性的作用。

　　而美國國家研究委員會計算機科學與通信部2004年11月也提交過以下報告：為滿足美國現在和未來的需求，政府部門應該和國會一起在加速超級運算發展和確保國家在持有多個強有力的軟硬件供應方面擔負起主要職責。

　　從這兩份報告中，可以充分表明美國以及世界各國對發展巨型計算機重要意義的認識。

　　此外，李楠主任還通過幾個例子，向記者展示了巨型計算機在國計民生各關鍵領域的支撐性作用。

　　在制藥領域中，巨型計算機出現前，一種新藥的問世要經過原理研究、動物實驗、志愿者實驗等數個步驟，整個研制周期在15年左右。而如今，很多基礎性的實驗和計算工作都可以由巨型計算機來完成，一種新藥的研制周期可以縮短為3~5年。“一種新藥可以改變人類的命運，比如盤尼西林，就以其廣譜抗菌能力，挽救了無數人的生命。”

　　在飛機制造領域，巨型計算機也發揮了不可替代的作用。以前，飛機確定外形需要在風洞中進行大量實驗。“比如，某型波音飛機在確定外形前就在風洞中進行了3年的定型試驗。而現在，通過巨型計算機強大的計算能力和模擬技術，大量的實驗可以通過計算機計算和模擬而省去，周期可以縮短到3~6個月。”

　　在石油勘探領域，巨型計算機也發揮著重要的作用。李主任告訴記者，1983年面世的“銀河一號”巨型計算機，其當時研制的主要目的就是為了石油勘測。“我們當時要從美國進口相關的計算機，但是美國人不允許我們進核心控制室。所以，國家當時就下定決心要研制出自己的巨型計算機。”

　　可見，“天河一號”的誕生，是我國高性能計算機技術發展的又一重大突破，是國家和軍隊信息化建設的又一重要成果，標志著我國超級計算機研制能力實現了從百萬億次到千萬億次的重大跨越，我國成為繼美國之后第二個能研制千萬億次超級計算機系統的國家，對提升綜合國力具有重要的戰略意義。

　　另據介紹，“天河一號”將于今年年底至明年在天津濱海新區安裝部署。投入使用后，國家超級計算天津中心將成為我國首個具有千萬億次計算能力的超算中心，也是世界上少數幾個具有千萬億次計算能力的超算中心之一，將有力帶動天津濱海新區高科技服務產業發展和高端信息產業發展，為經濟、社會發展提供高科技支撐。 (記者 潘婷)