中國超算之路：美國人總是震驚 被外國賺很多錢
資料圖：銀河超級計算機
中國超級計算機：國運與國策
微電子為主推動信息技術發展的時代眼看就要到頭了，而信息技術的發展和應用這一強勁勢頭沒有減退，國家的發展戰略需要非常認真地考慮這些變化
2014年6月下旬，國際TOP500組織公佈2014年最新全球超級計算機500強：來自中國的“天河二號”再次擊敗美國的“泰坦”，位居榜首，至此達成“三連冠”。
由於超級計算機涉及國防等領域的應用，這一成績再次引發外媒熱議。
所謂超級計算機，也稱高性能計算機。中國的超級計算機家族是一個以“銀河一號”為始祖，包括“銀河”、“天河”、“星雲”、“神威”等系列產品在內的譜系。
就神秘的中國超級計算機，《瞭望東方週刊》日前專訪了中科院院士周興銘。
周興銘曾是“銀河一號”的主機系統負責人，此後相繼以總負責人、總設計師的身份主持了“銀河仿真機”、“銀河二號”的研製。
此次專訪中，他回顧了自“銀河一號”開始的中國高性能計算機研發歷程和經驗，以及那些當年因此而英年早逝的同事們。
他強調，中國超級計算機的未來發展，要綜合、協調、高效、務實，不要片面追求某些方面的高指標。作為一種產業，要大力加強應用技術的研究和發展。
性能提升100倍
《瞭望東方週刊》：中國高性能計算機如何起步？
周興銘：高性能計算機起源於大型計算機。70年代，我國有幾家單位研製成功了大型機，主要有北京大學的150機、國防科技大學的151機、電子部15所的DJS機等。151機是為遠望號測量船研製的，後來成為“遠望一號”的中心計算機。
因為都是在電子部738廠生產，在他們的序列裏排序，北京大學的機器是150，國防科技大學是151。華東計算技術研究所也研製成功大型機，還援助出口給朝鮮等國家。當時大型機的指標是每秒鐘計算100萬次。
70年代中，國外成功發展超級計算機，在此背景下，慈雲桂教授於1977年向國家提出研製每秒計算一億次的超級計算機，理由是它對國防、產業、技術的發展都很重要。這是性能提升100倍的跨越，是國家行為。
在慈雲桂教授的帶領下，我們於1976年就開始醖釀超級計算機。1977年，鄧小平恢復工作，在資金不足的情況下，國家還是下決心做。主管部門是國防科委，當時主任是張愛萍，由副主任張震寰主管。目標是軍民兩用為國家的發展服務，當時張愛萍還給我們下了軍令狀。
1978年5月召開了方案論證會，通過專家評審，開始立項、研究，命名為“785超級計算機”。後來，張愛萍為其命名為“銀河”。
最初國家為這項任務安排了2億元人民幣，慈雲桂教授帶領我們精打細算，只花了5000萬元，還包括建科研樓、“銀河”機房的費用。1983年“銀河一號”做成後產生巨大影響，中國成為繼美國、日本之後第三個能研製超級計算機的國家。
《瞭望東方週刊》：“銀河”研製過程中的特點是什麼？
周興銘：“銀河”的研製與之前自力更生的路子有所不同，我們瞄準最先進的技術，充分利用改革開放的條件，國外沒有的或封鎖的，我們自主創新，國外有又不限制的就採用“拿來主義”。
直到現在的“天河”系列，都是按這條道路發展的。沒有改革開放，不會有“銀河”、“天河”。
5年時間，當時技術骨幹月工資只有七八十元，幾乎每天晚上都要加班。“銀河一號”做成後，骨幹人員每人發了幾百元獎金，最後大家都沒要，都捐了出去。
在那些加班的日子，最好的待遇就是每晚12點之後食堂裏的免費水餃。吃餃子的待遇一直持續到“銀河二號”完成。
從70年代開始到90年代初，因工作強度大、伙食太差、營養不足、醫療條件落後，“銀河”科研團隊有一批年輕人因肝炎、癌、肺病等去世，他們值得我們永遠懷念。
美國人總是震驚
《瞭望東方週刊》：為什麼要研發“銀河二號”？
周興銘：“銀河二號”非常具有戲劇性。“銀河一號”後，國家沒有繼續部署新的研究計劃。1986年，國家氣象局給中央寫報告，説要做5至7天以上的中長期天氣預報，需要10億次級的計算機做數值計算。
當時他們和美國人談判時，對方答應賣機器，但是要在機房建監控中心，派美國人監督使用，中國還要花很多錢支付報酬，並提供生活、居住條件。國家氣象局出於無奈，向中央提出了購買申請。
我們聽説後，聯名向中央寫信，説我們自己可以做10億次計算機，得到了中央領導的批准。這樣，國家氣象局和我們簽訂了購機合同，購買經費是3000萬元。
但是，當時資金少——遠少於“銀河一號”，性能要求高——“銀河一號”的10倍，技術難度大——元器件水平只比“銀河一號”提高4倍，任務艱鉅。所以，“銀河二號”是做得最艱苦的。
20世紀80年代，航天部的導彈、火箭、衞星等飛行控制系統設計是否達標需要地面計算機模擬，美國首先做成全數字仿真計算機。航天部把這個消息帶到了國內，希望我們用“銀河”的技術，實現與美國仿真計算機相當的功能。於是就有了1982年到1985年研製的“銀河仿真機”。
美國原來賣給中國每台機器一百二三十萬美元，配置也很低。我們做成後，每台100多萬元人民幣，配置很高。研製成功後，美國人看到報道，非常驚詫。
而之前在1983年國慶節天安門遊行時，圓筒狀的“銀河一號”模型走過天安門廣場，也引起了美國的震驚。他們認為圓筒狀説明是抄襲他們的，實際上我們沒有他們任何圖紙，只是根據他們的廣告宣傳，學習了圓形連線短的設計思想。“銀河一號”許多關鍵技術是我們自主創新的，美國沒有。
還是被外國人賺了很多錢
《瞭望東方週刊》：你如何看當前中國高性能計算機的發展情況，以及產業化、高精尖發展的兩條道路？
周興銘：經過“銀河”問世至今的30年發展歷程，現在我國呈現出國防科技大學“銀河”“天河”、北京“曙光”“星雲”、無錫“神威”三箭齊發的格局。
我們的一個重要變化是實現了產業化。高性能計算機普遍使用，動力來源於科技發展和社會進步需求。流體力學計算、天氣預報、影視製作、汽車設計、生命科學信息處理、新藥研究等重大應用，都需要高性能計算。隨着網絡快速擴張發展及惠及民眾的廣泛應用，更多的計算中心、更多的網站需要更多服務器支持，也需要更多的高性能計算機。
國內產業化的標誌性事件是成立曙光公司，通過OEM降低了機器的價格，切入市場。另外，華為通過通信系統的銷售應用，實際上也成為服務器生產大户。浪潮集團服務器產業化做得也很好。不過，我們要認識到我國的服務器產品在國際上佔有量很少，國內市場佔有率也不高。
對於“普及型高性能計算機”的產業化，我認為應該是公司主導，由市場競爭去發展。但“高端高性能計算機”應由政府主導。從世界範圍看，包括美國在高端機器研製、運行都是政府出資。
高端機器必須高投入地支持研究，但也不能説高端機器就不能產業化。比如我們的“銀河”、“天河”系列產品，已賣出50多套，最近兩三年就賣出了近20套，銷售資金達20億。主要用户是科研部門、企業、軍隊。國外來講，CRAY公司、IBM公司的產業化程度也非常高。
我國高性能計算機的發展，近年來非常重要的事情就是“863”計劃中的“天河”系列產品的問世，是我國攀上世界高峯的標誌性成果。
不過，可以明顯看到，我國使用的領域還是比較窄，許多領域的應用軟件是從美國買的，美國賺了我們很多錢。在應用上和國外相比，還有很大差距。不能只重視研製、裝備機器，要大力支持“應用”的開發和廣泛的實用，國家“863”計劃應該多投些錢。
《瞭望東方週刊》：2015年度的“863”計劃，首要提出發展超級計算機，着力發展高效能計算機三期。如何看這個國家計劃？
周興銘：三期的指標是做到“天河二號”的三倍，做好、用好的難度都很大。
目前，國內像“天河”這種“跨躍式”的創新發展不是很多。高性能計算發展如何從大到強，迎接新挑戰，攀登新高度，正面臨一個重要的轉折。所以，國家在高性能計算技術和產業的發展方面，長遠規劃和可行的長遠務實目標，是持續發展的關鍵。
不管是普及型的還是高端的，我國佔世界市場的比例都很小。要想把整體水平提上去，很重要的一條就是，要注意關鍵技術的全面協調發展，不要片面追求某些方面某些指標的提高。
其次，要學會處理好市場調節與政府指導的關係。只靠市場，發展難度很大，太強調政府的指導作用，就會影響市場良性發展及與國外的開放合作。
科學家不要誤導政治家
《瞭望東方週刊》：對中國高性能計算機領域的發展，你有何總體性的意見和建議？
周興銘：我國高性能計算機的裝備和使用水平，大體上與我國的經濟實力及國際地位相當，已經排到世界第二。但總體上看，儘管“天河”系列性能做到世界第一，國防科大仍認為有三個沒變：首先，西方國家在信息技術領域的巨大優勢地位沒有變；其次，美國在超級計算機的研製和應用上的主導地位沒有變；第三，世界各國在超級計算機領域加大競爭的態勢沒有變。
關於我國今後在高性能計算方面的發展，第一，應該更加註重綜合、協調、高效、務實發展，不要因為在某些方面的指標較為突出，就翹尾巴。
第二，要大力發展應用。我國在研製、裝備機器方面投入很多錢，但面向各個領域的正在運行的應用程序大多購自美國，應把相當部分的投入花在應用上，做這種應用軟件，必須是既懂得領域計算又懂得高性能機的複合型人才。
“銀河二號”就是一個很好的例子。國家氣象中心從歐洲合作獲得氣象預報軟件，但直接運行不盡如人意。我們專門組織一個團隊研究改造這個軟件，使其計算性能提高了許多倍，比在美國機器上的還要快很多。
第三，我國要慎重研究微電子的發展戰略。國內現在投入很大，期盼很高，但沒有找到成功的路子，原因在於工藝線和許多知識產權都是國外的，市場與軟件是國外產品統治。我國自主開發高性能CPU做了許多年，沒有滿意的成績。有的媒體宣傳我國做成了“完全自主”的高性能中央處理機，可能會把相關領導給忽悠了，科學家不要去誤導政治家。
Intel在2012年初推出22納米的先進工藝線，到現在已經兩年多了，沒有新的工藝線跟進。這已經打破了微電子每18個月性能提高一倍成本下降一倍的摩爾定律。
現在是不是已經進入了“後摩爾時代”？我認為，以微電子為主推動信息技術發展的時代眼看就要到頭了，而信息技術的發展和應用的強勁勢頭沒有減退。國家的發展戰略需要非常認真地考慮這些變化。