揭秘超级计算机"天河一号" 中国的超级国宝(图)

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■科研人员正在对“天河一号”进行系统性能测试■供图/东方IC

“如果黑客潜入超级计算机并劫持，不但使国家机密泄露，还会造成社会经济领域的巨大破坏。在战争中，超级计算机也是敌方首要打击目标，但是由于考虑到散热问题，又不能把超级计算机放到地下工事中，所以，超级计算机在使用中既要防止软侵害，又要防止硬威胁。”

■10月29日，中国历史上运算速度最快的计算机“天河一号”在湖南长沙国防科技大学诞生

“‘天河一号’运算1小时，就相当于全国13亿人同时计算88年。‘天河一号’运算1天，就相当于1台双核的高档桌面电脑运算160年。”谈到我国自主研制的千万亿次超级计算机“天河一号”时，国防科技大学计算机学院“天河一号”工程办公室主任李楠研究员骄傲地对《北京科技报》说。

10月29日，中国历史上运算速度最快的计算机“天河一号”在湖南长沙国防科技大学诞生了。每秒钟1206万亿次的峰值速度，使这台名为“天河一号”的计算机位居同日公布的中国超级计算机前100强之首，也使中国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家。

“天河一号”和人们平时使用的计算机究竟有什么区别呢？李楠研究员告诉记者，“天河一号”由103个机柜组成，每个机柜1.1米宽、1.2米深、2米高，排成8排，像国庆阅兵时解放军方阵一样整整齐齐。这个方阵占地约288平方米，总重量约100吨。大家站在“天河一号”前，会觉得气势宏伟、震撼人心。但实际上，“天河一号”在世界上已有的千万亿次超级计算机中，算是一个身材苗条的小个子。“天河一号”在实现高密度计算方面做得相当好，很紧凑、装机密度很高，相对占地面积比较小、节约空间。

超级计算机是指同时代里，运算速度最快的大容量大型计算机，是计算机里的珠穆朗玛峰。目前国际上已公布的千万亿次计算机一共有四台。一是美国IBM公司的“走鹃”，装在美国能源部洛斯阿拉莫斯国家实验室，主要用于核科学理论研究；二是美国克雷公司的“美洲虎”，装在美国橡树岭国家实验室，主要用于核材料和原子分子物理研究；三是美国IBM公司的“蓝色基因P系统”，装在德国尤利西研究中心，主要用于能源、材料和信息等领域的研究；四就是我们的“天河一号”。

■在现代科技中，理论、实验和计算是三大支柱，而超级计算机就是实现计算科学的载体

“天河一号”究竟有多超级？李楠介绍，首先是速度超级快。它可以在最短的时间里计算出复杂的、大型的挑战性问题。比如，计算未来一周的天气预报，用超级计算机只需要一两个小时，而用普通的高性能计算机，可能需要几天甚至十几天时间。其次是容量超级大。“天河一号”的存储容量为1PB，也就是10亿兆字节。如果给全国13亿人，每人照一张数码相片，可全部存储在“天河一号”一台机器里。再有就是体积超级大。不同于个人计算机越做越小，超级计算机是越做越大，有的占地达上千平方米。“天河一号”还算是做得非常紧凑的超级计算机，实际占地为288平方米。还有就是耗电超级多。有科学家预言，如果不在节能技术上取得新的突破，未来超级计算机可能要耗掉一个城市的全部用电，可能要与核电站建在一起才行。我们的“天河一号”满负荷运行的总功耗是1.28兆瓦，也就是每小时耗电1280度。这个数字乍一看令人吃惊，但实际上“天河一号”是一台节能的、绿色的超级计算机。经过测算，它的能效比为“每瓦功耗可产生4.3亿次的计算能力”，与目前排名世界第一的美国IBM公司的“走鹃”相当。国际上有一个按超级计算机的能效从高到低的排名Green500(也就是绿色超级计算机前500强)，IBM“走鹃”排第四，“天河一号”可排第五。所以，“天河一号”节能水平也是处于世界前列。

中国科学院软件研究所并行软件与计算科学实验室副主任张云泉研究员告诉《北京科技报》，超级计算机对一个国家来说十分重要。美国总统顾问委员会就曾经写报告给美国总统，指出计算科学是确保美国在21世纪战略地位的重要手段。而超级计算机就是实现计算科学的载体。

在现代科技中，理论、实验和计算是三大支柱。但很多研究无法在现实世界中进行实验，比如核武器爆炸、地震、洪水，以及恐怖袭击等灾难。这些就需要有超级计算机来进行模拟和仿真。还有一些复杂的大型问题的求解，也需要超级计算机，比如地球物理探测、对天体演变的研究、对上亿人口的社会学研究等。

■现在，普通老百姓的生活其实也已离不开超级计算机

除了这些高精尖领域，超级计算机离普通老百姓也很近。李楠告诉记者，其实我们的生活已离不开超级计算机。例如，我们每天了解的天气预报，是超级计算机计算出来的；你用的汽油、燃气等能源是超级计算机帮助勘探出来的；你生病时吃的药许多是超级计算机帮助研制的；你上网搜索和玩游戏，是超级计算机支撑的；你开的汽车、坐的飞机、轮船是超级计算机辅助设计的；你看的动漫电影许多是用超级计算机制作的……总之，超级计算机早就真实地走进了我们的生活，我们会越来越离不开它。“天河一号”投入使用后的首批重大应用就是帮助找石油、帮助研究生物制药和进行金融工程数据分析，帮助投资理财，帮助避免产生类似美国的次贷危机。

张云泉告诉记者，超级计算机在天气预报上的应用效果十分显著。以前天气预报的精度范围是边长10公里的区域，预报内容只是晴天或下雨；而使用超级计算机后，预报的精度范围缩小到边长几百米的区域，预报内容也更丰富了。就好比以前只预报海淀区是否下雨，现在能预报北京大学是否下雨，风力几级，湿度多少，空气质量怎样。

在动漫制作上也更快了，以前制作动漫需要好几年，应用计算机后缩短到几个月，如果使用超级计算机就能缩短到几分钟。因为“天河一号”有5120块显卡，速度是一般家用计算机的2万倍。

■超级计算机在使用中既要防止软侵害，又要防止硬威胁

张云泉认为，尽管超级计算机威力强大，但如果没有安全防护，就会起负作用。比如：如果黑客潜入超级计算机，并劫持，不但使国家机密泄露，还会造成社会经济领域的巨大破坏。在战争中，超级计算机也是敌方首要打击目标，但是由于考虑到散热问题，又不能把超级计算机放到地下工事中。所以，超级计算机在使用中既要防止软侵害，又要防止硬威胁。目前在国防科技大学的“天河一号”不会连接互联网，这样就避免黑客入侵，以后搬到天津滨海新区后有可能联网，由于“天河一号”使用的操作系统是基于Linux的麒麟操作系统，所以防攻击能力较强。

既然超级计算机有如此高的运算速度，那是否可以代替人脑呢？李楠认为，虽然超级计算机在某些方面强于人脑，比如计算能力、存储能力等，但从本质上讲，超级计算机还不能主动学习和思维，更没有情感的表达，没有精神世界。超级计算机只能被动地按人类设定的程序执行指令。究其原因，主要是人类对自己的大脑还没研究透，不能建立人脑的思维模型，也就无法设计出一个东西去取代甚至超过它。

未来十年左右，也就是2020年前后，超级计算机将达到每秒百万万亿次，也就是目前千万亿次的1000倍。但要实现这个目标，必须在硬件、软件等方面取得重大创新和关键技术突破，比如新的纳米器件、光器件的研制和投入使用。软件方面也要发明新的编程方法，以及管理维护这个大系统的方法。否则即使是机器做出来了，用户也无法使用，或者是很难使用。实际上，现在已经存在这方面的问题。

在李楠看来，展望未来，电子计算机时代终将会被终结，人类迟早要进入量子计算机时代。计算机的原理可能会被彻底改头换面。
（责任编辑：单晓冰）