造芯、築魂、創“天河” 他們書寫超算中國速度

　　黑色機櫃被整齊排成數行，高速運轉的機器持續發出低沉的嗡鳴聲，星星點點的負載指示燈不斷閃爍……這裡是“天河二號”的機房，碩大的超級電腦正在飛速運作。

　　過去的一年，新冠肺炎疫情席捲全球，來勢洶洶。憑藉超強算力，“天河二號”助力藥物虛擬篩選，只用了3天時間便迅速定位了30余種潛在有效藥物。在“天河二號”上搭建的新冠肺炎CT影像智慧診斷平臺，15秒即可完成一次CT圖像診斷，為抗擊疫情作出了重大貢獻。

　　作為幕後功臣，國防科技大學電腦學院“天河”高性能計算團隊(以下簡稱“天河”團隊)功不可沒。在剛剛過去的春節假期，團隊上下60余人堅守崗位，以這樣特殊的方式為祖國守歲。

　　肖立權：用光互聯替代電互聯

　　肖立權，“天河二號”副總設計師、“天河”團隊互聯通信方向負責人。

　　我國高性能計算起步較晚，要想趕上西方國家，唯有奮起直追。為了讓我國高性能計算早日趕超西方國家，肖立權一拼就是30年。

　　“走別人沒有走過的路很難，但我喜歡挑戰！”這是肖立權常説的一句話。20世紀末，大規模電腦系統中通常採用電互聯技術，資訊傳輸速率慢且易受干擾，影響系統穩定性。這是我國研製千萬億次級超級電腦路上的一塊“絆腳石”。

　　搬開這塊“絆腳石”的最優解決方案，就是用光互聯替代電互聯，上級將這一重任交給了肖立權。

　　這條別人沒有走過的路，註定充滿坎坷。接下任務後，肖立權立即著手解決這項技術難題。然而，按照他的思路做出來的系統根本“跑不起來”。

　　“是哪出了問題？”肖立權滿腦子都是問號，午休時閉上眼睛，他腦海中全是螢幕上滾動的數據。

　　“沒法睡！去實驗室！”架起示波器、邏輯分析儀，肖立權全神貫注地看著螢幕，生怕錯過關鍵數據。

　　解決方案被一次次提出，但又被一次次推翻。有一天，肖立權突然冒出一個想法：是不是數據傳輸有問題？這次靈光突現，讓他一下找到了解決問題的“鑰匙”。由此，我國光互聯技術在大規模電腦系統中得到有效驗證，這為後續該技術在超級電腦系統中的應用奠定了堅實基礎。

　　2013年，是“天河”團隊發展歷程中濃墨重彩的一年。當年6月，“天河二號”研製成功，登上了世界超級電腦排行榜的榜首。

　　同年11月，為升級“天河二號”系統，肖立權和團隊成員展開了為期10個月的封閉式攻關，力爭完成核心器件國産化替代。經過這一輪攻關，肖立權帶領“天河”團隊大幅提升了“天河二號”高速互聯通信系統的性能，使其運作速度達到當時國際商用互聯繫統的2倍，為下一代超級電腦研製奠定了基礎。

　　郭揚：讓國之重器澎湃“中國芯”

　　“天河二號”的“成長環境”並不十分“友好”，長久以來，西方國家在這一領域對我國實現嚴格的技術封鎖。

　　曾有很長一段時間，我國資訊系統軟、硬體受制於人的問題難以得到解決。為攻克這一難題，“天河”團隊再次奔赴戰場。

　　“天河”團隊微電子方向負責人、國防科技大學電腦學院研究員郭揚就是核心晶片這個戰位上的先鋒。

　　晶片製造技術是製造業的核心技術，超級電腦所需的晶片更被譽為“皇冠上的明珠”。為了摘取這顆“明珠”，郭揚堅守了20餘年。今年春節，他依舊堅守崗位，在機櫃間不停穿梭。在僅有幾十米寬的機房裏，他每天可以走出數萬步。

　　運算速度(俗稱算力)和功耗是超級電腦晶片的核心指標。通常來説，要想實現更高算力，就需要在晶片中整合更多的電晶體，但這就會增加晶片面積和功耗。研製超級電腦晶片的難點在於，要在保證高算力的前提下，盡可能減少晶片的功耗。為了早日攻克這一難題，曾有一段時間，郭揚四處奔波，到軍隊內外各地調研考察，出國參加學術交流活動，研究業內發展趨勢，幾經週折最終確定了走“基於自主指令集的異構融合架構”的技術路線。

　　這是一條崎嶇難走的路。研製自主指令集的處理器晶片，意味著研發團隊不僅要研製晶片，還必須同步研製出配套的編譯器、演算法庫等全套軟體系統。若採用現成的指令集晶片，工作量將減少數倍。

　　“這條路必須走！跟在別人後面、走現成的路，已無法實現技術領先。這條路，我們就算披荊斬棘也要走！”郭揚説。

　　此外，他還帶領團隊攻克了晶片研製中的其他大量技術難題，在他們的不懈努力下，最終使新一代超算晶片性能比前一代晶片提升了10倍以上。

　　20餘年，從反向設計起步，到正向設計前行，再到向自主創新跨越；從架構設計，到前端驗證，再到後端實現，郭揚和大家一路過關斬將，最終孕育出了晶片領域響噹噹的“飛騰”品牌。

　　2017年，“天河二號”系統升級完成，當時國內性能最優的4000余顆“飛騰”晶片被裝在“天河二號”的“心臟”部位；在慶祝新中國成立70週年閱兵式上，嵌有“飛騰”晶片的多款戰機、導彈在天安門廣場亮相；2020年，北斗三號組網、嫦娥五號奔月、“天問一號”飛赴火星，這些裝備上都鑲嵌著“飛騰”的“中國芯”。

　　“未來，我和團隊還要繼續努力，讓更多國之重器澎湃‘中國芯’。”郭揚説。

　　譚鬱松：實現國産系統零的突破

　　“飛騰”晶片不是孤軍奮戰，“麒麟”作業系統是它的最佳搭檔，它也是“天河二號”的“靈魂”。它們一硬一軟，為“天河二號”搭臺唱戲。今年春節期間，負責系統調試的人員聚精會神地盯著螢幕，手指不停地敲擊著鍵盤。

　　忙碌之餘，“天河”團隊國産基礎軟體方向負責人、國防科技大學電腦學院研究員譚鬱松説：“麒麟是中國的傳統瑞獸，寓意吉祥和長壽。以它的名字命名，是希望系統能更好地為國家和人民服務，最終能實現國産系統的自主創新和可持續發展。”

　　“麒麟”是為超級電腦研製的伺服器作業系統。其誕生之初，該團隊將這一作業系統和國際主流作業系統進行了比較，而後發現了不少問題。一時間，網路上的質疑聲此起彼伏。

　　怎麼辦？

　　譚鬱松覺得，光在實驗室裏埋頭搞研究不行，必須要走出實驗室，在實踐中摸索前進。

　　當時，“麒麟”深陷質疑聲中，推廣應用十分困難。“別人不用，我們自己先用。”從2011年開始，譚鬱松帶領團隊成員，挨個給國防科技大學學員做工作，逐一幫助他們在電腦上安裝系統。一圈兒下來，超過3萬名學員的電腦上安裝了“麒麟”系統。系統適配了超過300多款筆電終端及外接設備，為後續大規模推廣積累了豐富的經驗。

　　經過反覆推廣、試用、驗證、升級，“麒麟”的用戶數量不斷攀升，連續多年成為活躍用戶量最多的國産作業系統。

　　成為國內第一，只是第一步，要想趕超，必須爭分奪秒。多年來，對於譚鬱松及其團隊成員來説，“5+2”“白+黑”已是常態。

　　在他們的努力下，如今“麒麟”作業系統已經成為我國安全等級最高、應用最廣的國産作業系統，被成功應用於各類國防裝備、重點資訊系統上。

　　近年來，基於“飛騰”晶片、“麒麟”作業系統的伺服器、臺式機、一體機、筆電等系列産品，已在一些領域得到規模化應用，為實現我軍資訊系統自主可控、構建安全可控的資訊技術體系發揮了不可替代的重要作用。

　　◎劉于藍 本報記者 張 強