造芯、筑魂、創(chuàng)“天河” 他們書寫超算中國(guó)速度
黑色機(jī)柜被整齊排成數(shù)行，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器持續(xù)發(fā)出低沉的嗡鳴聲，星星點(diǎn)點(diǎn)的負(fù)載指示燈不斷閃爍……這里是“天河二號(hào)”的機(jī)房，碩大的超級(jí)計(jì)算機(jī)正在飛速運(yùn)行。
過(guò)去的一年，新冠肺炎疫情席卷全球，來(lái)勢(shì)洶洶。憑借超強(qiáng)算力，“天河二號(hào)”助力藥物虛擬篩選，只用了3天時(shí)間便迅速定位了30余種潛在有效藥物。在“天河二號(hào)”上搭建的新冠肺炎CT影像智能診斷平臺(tái)，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(xiàn)。
作為幕后功臣，國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院“天河”高性能計(jì)算團(tuán)隊(duì)(以下簡(jiǎn)稱“天河”團(tuán)隊(duì))功不可沒。在剛剛過(guò)去的春節(jié)假期，團(tuán)隊(duì)上下60余人堅(jiān)守崗位，以這樣特殊的方式為祖國(guó)守歲。
肖立權(quán)：用光互聯(lián)替代電互聯(lián)
肖立權(quán)，“天河二號(hào)”副總設(shè)計(jì)師、“天河”團(tuán)隊(duì)互聯(lián)通信方向負(fù)責(zé)人。
我國(guó)高性能計(jì)算起步較晚，要想趕上西方國(guó)家，唯有奮起直追。為了讓我國(guó)高性能計(jì)算早日趕超西方國(guó)家，肖立權(quán)一拼就是30年。
“走別人沒有走過(guò)的路很難，但我喜歡挑戰(zhàn)！”這是肖立權(quán)常說(shuō)的一句話。20世紀(jì)末，大規(guī)模計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中通常采用電互聯(lián)技術(shù)，信息傳輸速率慢且易受干擾，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。這是我國(guó)研制千萬(wàn)億次級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)路上的一塊“絆腳石”。
搬開這塊“絆腳石”的最優(yōu)解決方案，就是用光互聯(lián)替代電互聯(lián)，上級(jí)將這一重任交給了肖立權(quán)。
這條別人沒有走過(guò)的路，注定充滿坎坷。接下任務(wù)后，肖立權(quán)立即著手解決這項(xiàng)技術(shù)難題。然而，按照他的思路做出來(lái)的系統(tǒng)根本“跑不起來(lái)”。
“是哪里出了問題？”肖立權(quán)滿腦子都是問號(hào)，午休時(shí)閉上眼睛，他腦海中全是屏幕上滾動(dòng)的數(shù)據(jù)。
“沒法睡！去實(shí)驗(yàn)室！”架起示波器、邏輯分析儀，肖立權(quán)全神貫注地看著屏幕，生怕錯(cuò)過(guò)關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
解決方案被一次次提出，但又被一次次推翻。有一天，肖立權(quán)突然冒出一個(gè)想法：是不是數(shù)據(jù)傳輸有問題？這次靈光突現(xiàn)，讓他一下找到了解決問題的“鑰匙”。由此，我國(guó)光互聯(lián)技術(shù)在大規(guī)模計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中得到有效驗(yàn)證，這為后續(xù)該技術(shù)在超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
2013年，是“天河”團(tuán)隊(duì)發(fā)展歷程中濃墨重彩的一年。當(dāng)年6月，“天河二號(hào)”研制成功，登上了世界超級(jí)計(jì)算機(jī)排行榜的榜首。
同年11月，為升級(jí)“天河二號(hào)”系統(tǒng)，肖立權(quán)和團(tuán)隊(duì)成員展開了為期10個(gè)月的封閉式攻關(guān)，力爭(zhēng)完成核心器件國(guó)產(chǎn)化替代。經(jīng)過(guò)這一輪攻關(guān)，肖立權(quán)帶領(lǐng)“天河”團(tuán)隊(duì)大幅提升了“天河二號(hào)”高速互聯(lián)通信系統(tǒng)的性能，使其運(yùn)行速度達(dá)到當(dāng)時(shí)國(guó)際商用互聯(lián)系統(tǒng)的2倍，為下一代超級(jí)計(jì)算機(jī)研制奠定了基礎(chǔ)。
郭揚(yáng)：讓國(guó)之重器澎湃“中國(guó)芯”
“天河二號(hào)”的“成長(zhǎng)環(huán)境”并不十分“友好”，長(zhǎng)久以來(lái)，西方國(guó)家在這一領(lǐng)域?qū)ξ覈?guó)實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的技術(shù)封鎖。
曾有很長(zhǎng)一段時(shí)間，我國(guó)信息系統(tǒng)軟、硬件受制于人的問題難以得到解決。為攻克這一難題，“天河”團(tuán)隊(duì)再次奔赴戰(zhàn)場(chǎng)。
“天河”團(tuán)隊(duì)微電子方向負(fù)責(zé)人、國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院研究員郭揚(yáng)就是核心芯片這個(gè)戰(zhàn)位上的先鋒。
芯片制造技術(shù)是制造業(yè)的核心技術(shù)，超級(jí)計(jì)算機(jī)所需的芯片更被譽(yù)為“皇冠上的明珠”。為了摘取這顆“明珠”，郭揚(yáng)堅(jiān)守了20余年。今年春節(jié)，他依舊堅(jiān)守崗位，在機(jī)柜間不停穿梭。在僅有幾十米寬的機(jī)房里，他每天可以走出數(shù)萬(wàn)步。
運(yùn)算速度(俗稱算力)和功耗是超級(jí)計(jì)算機(jī)芯片的核心指標(biāo)。通常來(lái)說(shuō)，要想實(shí)現(xiàn)更高算力，就需要在芯片中集成更多的晶體管，但這就會(huì)增加芯片面積和功耗。研制超級(jí)計(jì)算機(jī)芯片的難點(diǎn)在于，要在保證高算力的前提下，盡可能減少芯片的功耗。為了早日攻克這一難題，曾有一段時(shí)間，郭揚(yáng)四處奔波，到軍隊(duì)內(nèi)外各地調(diào)研考察，出國(guó)參加學(xué)術(shù)交流活動(dòng)，研究業(yè)內(nèi)發(fā)展趨勢(shì)，幾經(jīng)周折最終確定了走“基于自主指令集的異構(gòu)融合架構(gòu)”的技術(shù)路線。
這是一條崎嶇難走的路。研制自主指令集的處理器芯片，意味著研發(fā)團(tuán)隊(duì)不僅要研制芯片，還必須同步研制出配套的編譯器、算法庫(kù)等全套軟件系統(tǒng)。若采用現(xiàn)成的指令集芯片，工作量將減少數(shù)倍。
“這條路必須走！跟在別人后面、走現(xiàn)成的路，已無(wú)法實(shí)現(xiàn)技術(shù)領(lǐng)先。這條路，我們就算披荊斬棘也要走！”郭揚(yáng)說(shuō)。
此外，他還帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)攻克了芯片研制中的其他大量技術(shù)難題，在他們的不懈努力下，最終使新一代超算芯片性能比前一代芯片提升了10倍以上。
20余年，從反向設(shè)計(jì)起步，到正向設(shè)計(jì)前行，再到向自主創(chuàng)新跨越；從架構(gòu)設(shè)計(jì)，到前端驗(yàn)證，再到后端實(shí)現(xiàn)，郭揚(yáng)和大家一路過(guò)關(guān)斬將，最終孕育出了芯片領(lǐng)域響當(dāng)當(dāng)?shù)摹帮w騰”品牌。
2017年，“天河二號(hào)”系統(tǒng)升級(jí)完成，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)性能最優(yōu)的4000余顆“飛騰”芯片被裝在“天河二號(hào)”的“心臟”部位；在慶祝新中國(guó)成立70周年閱兵式上，嵌有“飛騰”芯片的多款戰(zhàn)機(jī)、導(dǎo)彈在天安門廣場(chǎng)亮相；2020年，北斗三號(hào)組網(wǎng)、嫦娥五號(hào)奔月、“天問一號(hào)”飛赴火星，這些裝備上都鑲嵌著“飛騰”的“中國(guó)芯”。
“未來(lái)，我和團(tuán)隊(duì)還要繼續(xù)努力，讓更多國(guó)之重器澎湃‘中國(guó)芯’�！惫鶕P(yáng)說(shuō)。
譚郁松：實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)零的突破
“飛騰”芯片不是孤軍奮戰(zhàn)，“麒麟”操作系統(tǒng)是它的最佳搭檔，它也是“天河二號(hào)”的“靈魂”。它們一硬一軟，為“天河二號(hào)”搭臺(tái)唱戲。今年春節(jié)期間，負(fù)責(zé)系統(tǒng)調(diào)試的人員聚精會(huì)神地盯著屏幕，手指不停地敲擊著鍵盤。
忙碌之余，“天河”團(tuán)隊(duì)國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟件方向負(fù)責(zé)人、國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院研究員譚郁松說(shuō)：“麒麟是中國(guó)的傳統(tǒng)瑞獸，寓意吉祥和長(zhǎng)壽。以它的名字命名，是希望系統(tǒng)能更好地為國(guó)家和人民服務(wù)，最終能實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)的自主創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展�！�
“麒麟”是為超級(jí)計(jì)算機(jī)研制的服務(wù)器操作系統(tǒng)。其誕生之初，該團(tuán)隊(duì)將這一操作系統(tǒng)和國(guó)際主流操作系統(tǒng)進(jìn)行了比較，而后發(fā)現(xiàn)了不少問題。一時(shí)間，網(wǎng)絡(luò)上的質(zhì)疑聲此起彼伏。
怎么辦？
譚郁松覺得，光在實(shí)驗(yàn)室里埋頭搞研究不行，必須要走出實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)踐中摸索前進(jìn)。
當(dāng)時(shí)，“麒麟”深陷質(zhì)疑聲中，推廣應(yīng)用十分困難�！皠e人不用，我們自己先用。”從2011年開始，譚郁松帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員，挨個(gè)給國(guó)防科技大學(xué)學(xué)員做工作，逐一幫助他們?cè)陔娔X上安裝系統(tǒng)。一圈兒下來(lái)，超過(guò)3萬(wàn)名學(xué)員的電腦上安裝了“麒麟”系統(tǒng)。系統(tǒng)適配了超過(guò)300多款筆記本終端及外接設(shè)備，為后續(xù)大規(guī)模推廣積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。
經(jīng)過(guò)反復(fù)推廣、試用、驗(yàn)證、升級(jí)，“麒麟”的用戶數(shù)量不斷攀升，連續(xù)多年成為活躍用戶量最多的國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)。
成為國(guó)內(nèi)第一，只是第一步，要想趕超，必須爭(zhēng)分奪秒。多年來(lái)，對(duì)于譚郁松及其團(tuán)隊(duì)成員來(lái)說(shuō)，“5+2”“白+黑”已是常態(tài)。
在他們的努力下，如今“麒麟”操作系統(tǒng)已經(jīng)成為我國(guó)安全等級(jí)最高、應(yīng)用最廣的國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)，被成功應(yīng)用于各類國(guó)防裝備、重點(diǎn)信息系統(tǒng)上。
近年來(lái)，基于“飛騰”芯片、“麒麟”操作系統(tǒng)的服務(wù)器、臺(tái)式機(jī)、一體機(jī)、筆記本等系列產(chǎn)品，已在一些領(lǐng)域得到規(guī)�；瘧�(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)我軍信息系統(tǒng)自主可控、構(gòu)建安全可控的信息技術(shù)體系發(fā)揮了不可替代的重要作用。
◎劉于藍(lán) 本報(bào)記者 張 強(qiáng)
