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中国计算50年,几多辉煌,几多遗憾  

2006-10-20 18:14:24|  分类: 产业 |  标签: |举报 |字号 订阅

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                                                    文/ 杨霞清   汤铭


     50年,弹指一挥间。对于中国计算事业来说,50年前的周总理亲自领导的《十二年科学规划》点燃了中国科学技术的火种。被喻为整个IT业制高点的高性能计算最早的历史渊源,可以追溯到1956年的十二年规划。

 

    50年,筑就多少辉煌,又留下几多遗憾。几代人奋斗,打破了国外向我国禁运高性能计算机的历史,神威、银河以及曙光、深腾等系列高性能机为国民经济的发展做出了不可磨灭的贡献。但由于当时历史环境以及自身的条件所限,这些科学家们也眼睁睁看着发展机遇擦肩而过。回顾来时路,艰辛坎坷,眺望前方,亦并不平坦。

 

                                         打破“玻璃房子”

 

    时光倒流到建国初期,百废待兴。当时我国计算科学学科空白,国际社会上实现对中国实现禁运政策。即使是机器卖给中国,很多国内关键部门的计算机还被关在“玻璃房子”里受监控使用,中国人不得进入。1956年,周总理亲自领导了“科学技术发展十二年规划”所制定的方针原则,作为四项紧急措施之一,填补我国计算技术学科空白的光荣使命。

 

    根据中国计算机事业创始人之一、中国科学院院士张效祥在纪念计算机所成立30年时的回忆,《十二年规划》不久,中国科学院计算所建立了。在吸取了苏联已有技术和经验,计算所实行了“先集中攻坚,后分散展开”的原则,制出了我国第一台小型机----103机和第一台大型机----104机。之后,又研制成功107、119、111、717、757等计算机,被誉为“功勋机”的109丙机,为我国的“两弹一星”事业做出了不可磨灭的贡献。1992年,我国第一台每秒25亿次的高性能计算机曙光1000研制成功。在这台计算机诞生的第三天,国外宣布10亿次计算机对我国解禁。2004年,曙光4000A推出,运算速度达到每秒10万亿次,当时排到世界TOP500中的前十位。

 

    除了中科院计算所,国防科大在研究高性能计算机方面取得了重大的进展。1983年,国防科技大学慈云桂教授等专家在极其简陋的条件下,为中国研制出第一台每秒1亿次巨型计算机机系统“银河”。之后,1992年11月,在周兴铭教授领导下,成功研制出”银河II”10亿次巨型机,实现从向量巨型机到处理并行巨型机的跨越。1997年,研制成功”银河III”百亿次巨型机,实现了从多处理并行巨型机到大规模并行处理巨型机的跨越。

 

   “神威”系列也是我国高性能计算机中的主力军之一。1999年9月,由国家并行计算机工程技术研究中心牵头研制成功“神威”计算机系统投入运行。2000年,“神威I”面向社会开放使用。“神威I”浮点运算的峰值速度为每秒3840亿次,在当时世界上已投入商业运行的高性能计算机中排名第48位。神威机投入使用以来,在气象、石油、药物、航空航天等方面获得了可喜的应用。

 

    这些高科技成果,在中国国家安全以及国民经济中发挥了重大的作用。以石油为例,中国是世界第五大产油国和第二大石油消费国。寻找新的油气田,以及发掘现有油气田生产能力,成为石油行业一项重要的工作之一。石油勘探和开发的主要目标是寻找深层、隐伏和岩性油气藏,油藏数值分析的数据量较大。这样巨大的计算量,只有依靠依靠高性能计算解决方案来承担。神威、曙光等系列高性能计算机在大庆、大港等油田展身手,为“找油”做贡献。

 

    气象、生物医药行业是国产高性能计算主要应用领域。从基因排序到药物筛选,从生物信息学中的科学计算、模拟和可视化到构建大型生物信息数据中心,都离不开高性能计算机。成立于1999年9月的北京华大基因研究中心,长期以来致力于基因组学、蛋白质组学、生物信息学研究开发。研究中心生物信息部应用平台陈杰副主管向记者介绍,研究中心目前所从事的基因组测序与组装、基因预测、基因功能分析等课题,都是超大规模的海量计算。有些计算任务,在目前的计算能力下都需要一个月的时间,有些可能甚至一年时间,所以只有高性能计算产品才能满足研究中心的计算任务。目前,华大研究中心采用了与中科院计算所联合专门为生物信息学研究研制的超级计算机曙光4000H,以及IBM、Sun等厂商的高性能计算产品。有性能强大的计算设备做后盾,研究中心近年来完成了1%人类基因组计划、超级杂交水稻基因组测序等诸多科研项目。


                         “基础研究”的迷失

 

    在取得成绩背后,科学家们对多年来的高性能计算发展道路进行了反思。

 

    张效祥回忆说,计算机十二年规划是正确的,它所体现的原则和精神是可贵的。当时很明确,引进(苏联技术)只是一个跳板,是手段而不是目的,归根结蒂是要创立我国自己的计算机事业。可惜从1958年以后到“文化大革命”一系列“左”的影响,破坏了它的贯彻执行,导致我国计算机事业80年代的落后局面。

 

    中国科学院院士、北京科技大学教授、中国科学院计算技术研究所终身研究员高庆狮接受本报记者采访时说,中国计算发展50年,从器件上可分为电子管时期、晶体管时期、集成电路时期(70年代)、超大规模集成电路时期(80年代后)。从产业上看,可以分为三个时期,第一阶段是国际封锁、自力更生阶段(80年代以前),这个时期参加基础研究有上海冶金厂、北京109厂和中国半导体研究所等。第二阶段是引进国外技术时期(80年代后---21世纪初),此阶段大量引进国外的技术和设备。结果有利有弊。一方面在别人的技术上发展速度加快了;但另一方面,基础性的研究萎缩。原先进行基础研究的上海冶金厂、109厂和中国半导体研究所偏离了原有基础性研究,转向了相对上层的研究。第三阶段是利用国外的技术上开展自我研发(21世纪至今),一批“中国芯”开始涌现。

 

    令科学家们更为无奈的是,我国长期形成的注重科研、忽视市场需求的风气,形成了科研和市场“两张皮”问题。许多研究机构仅满足于写论文、评奖,不注重推广应用。

 

    “有一些科研人员做研究原因不是为将来的应用,而是为了评职称或者获得院士称号。在做研究之前根本不了解市场的需求。论文写完后束之高阁,或者研制的机器根本就不能投入商用。”一位研究高性能计算多年的老专家对记者说。时至今日,“技术转移成果不高”成为了科技界最为逅病的问题,众多吃过苦头的老科学家在各个场合不得不苦口婆心呼吁业界要重视技术成果的转移。

 

     这样的苦头在中科院计算所的历史上也出现过。曙光一号和1000是计算所在高性能计算上的突破。但在市场推广中遇到了一个难关。据计算所所长李国杰、曙光1000总体设计师祝明发撰文回忆说,由于曙光一号和曙光1000采用的购买的AT&UNIX操作系统源程序基础上修改开发成功的SNIX虽然符合POSIX工业标准,但由于操作系统已做了改动,从国外购买的应用软件目标码不能在曙光机上运行。而拥有源程序的数据库及第三方软件开发商由于曙光起步时销量不大,都不愿意主动移植他们的商用软件与曙光机捆绑销售。这就逼迫曙光机只能卖给那些自己编写应用程序的用户。这显然是不现实的。

 

     同样的情况在节点机主板上碰见。曙光一号和曙光1000的主板是自己设计开发的,当做完曙光一号的升级产品开发时,算成本发现由于批量没有上去,购买主板元器件的成本已高于购买国外批量生产的主板价格。

 

     因为我国在基础研究上的薄弱,市场的话语权掌握在别人手里。为了能占领市场,曙光2000的设计者最终选择了“有所为有所不为”的“迂回”技术路线。决定节点上的UNIX操作系统(IBM AIX操作系统)一行都不许改动,并且暂时不做主板。待品牌在市场上影响逐渐大后,再逐渐向核心技术延伸。根据曙光公司总裁历军的介绍,曙光坚持“有所为有所不为”的方针,曙光最新的系列产品,主板是自己做,2008年前部分的曙光机器将采用龙芯芯片,但操作系统依然购买自国外。

 

   最近,本报总编访问张效祥院士时,张院士指出,发展计算机事业一定要走政(府)、产(业)、学(校)、研(究)、用(用户)相结合的道路,只要有机地将这些因素的力量联合起来,信息产业自主创新、做大做强的愿望就能实现。


                           “科研”与“市场”的磨合

 

    上世纪九十年代以前,我国大部分高性能计算机用于国防、政府等领域。但用于科学计算的高性能计算机仅占整个高性能市场的5%,95%的市场属于商业化领域。中国高性能计算机要做大做强,必须去抢占商业领域。自上世纪90年代以来,有识之士带领中国高性能计算走上了艰难的产业化之路。

 

    曙光1000和曙光1000A的总体设计者祝明发接受采访时回忆说,曙光1000严格来说还不是商品化的机器,曙光1000A才是。商品化的缘起一个援外项目。1996年10月,李国杰和祝明发接到国家科委一项援外工程项目:向喀麦隆亚温徳第二大学提供一套曙光1000大规模并行计算机系统, 并建立一个计算环境,主要应用是城市地理信息系统和学校的管理。但李国杰和祝明发认为,他们使用曙光1000 那样的大规模并行机有困难,更商品化的超级服务器更适合他们的应用。于是决定采用基于曙光天演的机架式服务器做结点机来构造超级服务器。经过半年的努力, 1997年4月系统研制成功, 取名为曙光1000+ (后来国内产品叫曙光1000A超级服务器)。 1997年8月,辽河油田成为了曙光1000A第一个卖主。用户自愿掏钱买国产大型机是头一回,“曙光机能卖钱了!”振奋了上至国家科委,下至研发人员。曙光1000A一共卖了20多套。

 

    为促进产业化的发展,1995年成立曙光公司,负责曙光系列产品的销售。1998年曙光2000研制出来后,计算所智能中心和曙光公司通过一体化运作来进行科研和产业的结合。智能中心相当于曙光的研发部,智能中心的软硬件产品原封不动交给曙光生产、销售和产业化。通过技术转移形成产业化,也使曙光公司拥有了完整的全线产品,从高性能计算机到UNIX小型机到PC服务器。根据孙凝晖介绍,开始时分不清销售和市场,直接与间接销售,售后服务也慢慢才做起来。2001年,曙光3000研制成功后,推广“前店后厂”的模式,智能中心相当于工厂,曙光相当于店面销售。经过十年的发展,曙光公司与计算所的合作模式沿袭下来。曙光公司自身的开发力量也有所加强。

 

    “如果我当年在中关村练过摊,现在也许曙光市场化程度会更高。”历军开玩笑的说。在曙光公司发展的10年里,怎么去做市场一直是困扰着那群科研出身的曙光人。

 

     2002年,国内最大的PC厂商联想杀入了高性能计算机领域。2001年,当时的曙光公司副总裁祝明发带领一批技术骨干加盟联想,祝明发出任联想高性能服务器事业部总经理。2002年8月,联想深腾1800系统实测性能超过万亿次,实际运算速度可排全球高性能计算机TOP500强的第24位。2003年11月,深腾6800通过鉴定,美国能源部劳伦斯•伯克利国家实验室测试,“深腾6800”以每秒4.183万亿次的运算速度位居第14位,LINPACK效率为78.5%,位居第二。联想一跃成为了高性能计算机的佼佼者之一。然而,高性能并不能马上转换为高利润。2005年,联想收缩战线,削弱不赚钱的业务,专注于PC和手机。服务器业务成为了“种子业务”而非核心业务。服务器事业部虽然保留下来,人员却大为减少。从大张旗鼓到归于沉寂,高性能计算机业务在联想的历程让人唏嘘不已。擅长市场运作、资金雄厚的联想“止步”于高性能计算机,不得不让人重新思考科研和市场的关系:是否一个过于市场化的公司不适合进行尖端科科研的开发?如同联想这样的大公司都没有财力来等待高性能服务器业务的赚钱,那些比联想小的公司就更无从谈起。

 

     浪潮天梭系列是高性能计算机厂商另一主力军。但主管服务器的浪潮集团高级副总裁王恩东更愿意用高端服务器来形容天梭系列。王恩东承认,低端是浪潮服务器业务的主要来源。与曙光系列服务器以科技计算为主不同,浪潮天梭服务器主要应用商业领域。

 

     高性能计算发展水平是衡量一个国家综合国力和国际竞争力的重要指标,是一个国家科技实力的综合体现,是推动科技创新、经济发展、社会进步、国防安全的重要工具,在国家战略中占有特殊地位,已成为世界各国竞相争夺的战略制高点。

 

    通过老一代科学家以及曙光、联想、浪潮等一批企业与科研单位的共同努力,中国在高性能计算的研究、制造、应用等方面取得了不俗的成绩,但跟国外先进水平相比,中国高性能计算要走的路,还很长。

 

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