银河-1号巨型计算机

1983年12月22日，中国第一台每秒钟运算一亿次以上的“银河”巨型计算机，由国防科技大学计算机研究所在长沙研制成功。它填补了国内巨型计算机的空白，中国成为继美国、日本之后，第三个能独立设计和制造巨型计算机的国家。标志着中国进入了世界研制巨型计算机的行列。

基本定义

1978年3月，邓小平代表党中央作出决定，亿次巨型计算机由国防科技大学搞。慈云桂担任了这一任务的总指挥和总设计师。他们充分利用对外开放的有利条件，设计出既符合中国国情又与国际主流巨型机兼容的中国亿次巨型机总体方案。组织精兵强将攻关，在新技术、新工艺、新理论的探索中，终于使"银河"亿次巨型机比国际主流巨型机在10个方面有了创造性的发展，填补了国内巨型机的空白，使我国成为世界上少数几个拥有研制巨型计算机的国家之一，并在石油勘探、气象预报和工程物理研究等研究领域广泛应用。他最早倡导在中国开展智能计算机的研究，负责组建了中国计算机学会智能计算机专业组，并成功主持了新一代计算机系统国际学术会议。

研究背景

但是在中国，20世纪80年代以前除了有被称作“仪器”的电子管计算机和晶体管计算机外，还没有每秒计算速度能达到千万次的巨型计算机。1978年中国第一次向南太平洋发射的运载火箭，用的还是运算速度仅百万次的计算机。面对日新月异的发展需求，一个泱泱大国如果再不具备可以和发达国家一比高低的巨型计算机，那不仅是一个可悲的现实，而且还会带来一个可悲的将来，这对立志于中华腾飞的新一代领导人和中国的知识分子来说，是一个沉重的压力。

在现实中，由于国家没有巨型计算机，防汛部门就无法对复杂的气候进行中长期预报。所以，有几次洪峰突然袭来，事先没有准备，使人民的生命财产蒙受巨大损失。同样也是由于没有巨型计算机，石油部门每年要将勘探出来的大量石油矿藏数据和资料用飞机送到国外去作三维处理，不仅花费昂贵，而且国家的资源情况首先被外国人掌握。这实在让中国人、特别是中国的计算机专家们赧颜。

银河系列

银河—Ⅰ　1983年11月我国第一台被命名为“银河”的亿次巨型电子计算机，历经5年，在国防科技大学诞生了。它的研制成功，向全世界宣布：中国成了继美、日等国之后，能够独立设计和制造巨型机的国家。

银河—Ⅱ　1992年11月19日，由国防科技大学研制的“银河—Ⅱ”10亿次巨型计算机在长沙通过国家鉴定。填补了我国面向大型科学工程计算和大规模数据处理的并行巨型计算机的空白。

银河—Ⅲ　1997年6月19日，由国防科技大学研制的“银河—Ⅲ”并行巨型计算机在京通过国家鉴定。该机采用分布式共享存储结构，面向大型科学与工程计算和大规模数据处理，基本字长64位，峰值性能为130亿次。该机有多项技术居国内领先，综合技术达到当前国际先进水平。

研发历史

研发背景

慈云桂担任了“银河-1号是巨型计算机”研制的总指挥和总设计师。他最早倡导在中国开展智能计算机的研究，负责组建了中国计算机学会智能计算机专业组，并成功主持了新一代计算机系统国际学术会议。

他们充分利用对外开放的有利条件，设计出既符合中国国情又与国际主流巨型机兼容的中国亿次巨型机总体方案。组织精兵强将攻关，在新技术、新工艺、新理论的探索中，终于使"银河"亿次巨型机比国际主流巨型机在10个方面有了创造性的发展，填补了国内巨型机的空白。

过程记录

在国防科大计算机学院宽敞、明亮的“银河”机房里，矗立着一台由7个机柜组成的圆柱形机器。这就是该校于1983年12月研制成功的我国第一台巨型计算机。她的诞生，标志着中国成为继美、日等少数国家之后，能独立设计和制造巨型机的国家。

1978年，党的十一届三中全会召开，拉开了改革开放的序幕；党中央、国务院决定在原“哈军工”的基础上组建国防科技大学；也是这一年，我们开始了我国首台巨型计算机的研制工作。为什么要研制自己的巨型计算机？邓小平同志的讲话掷地有声：“中国要搞四个现代化，不能没有巨型机！”

胡教授说，改革开放前，由于没有高性能的计算机，我国勘探的石油矿藏数据和资料不得不用飞机送到国外去处理，不仅费用昂贵，而且受制于人。当我国提出向某发达国家进口一台性能不算很高的计算机时，对方却提出:必须为这台机器建一个六面不透光的“安全区”，能进入“安全区”的只能是巴黎统筹组织的工作人员。外国人明摆着是在卡我们的脖子啊！

1978年3月，全国第一次科学大会在北京召开，中国迎来了科学的春天。此后，中央在重要会议上，正式下决心研制巨型计算机，以解决我国现代化建设中的大型科学计算问题。主持会议的邓小平同志将这一任务交给了国防科委，并点名要国防科大承担研制任务。时任国防科委主任的张爱萍上将向邓小平立下了军令状：一定尽快研制出中国的巨型计算机。

时任国防科大计算机研究所所长的慈云桂教授听到这消息，连声说:好，好，就等着这一天呀！国防科委副主任张震寰对国防科大提出的要求是：运算速度一次不能少；研制时间一天不能多。

研制巨型计算机，谈何容易？胡教授回忆道：改革开放之初，我国技术落后，资料匮乏，西方国家又对我们实行技术封锁，了解国外研制巨型机的情况十分有限。国防科大虽然是国内最早研制计算机的单位，但此前为远望号测量船研制的“151”机，每秒运算速度只有100万次，要研制每秒运算一亿次的机器，计算机运算速度一下要提高100倍，其困难不言而喻。

但是，困难没有吓倒我们。当时，大家只有一个信念，全力以赴造出自己的巨型机，大家把它叫“争气机”，就是要争一口气，不让外国人再卡我们的脖子。

研制工作迅速展开之后，各种复杂技术问题随之冒了出来。走什么样的技术路线？采取什么样的体系结构？如何实现每秒一亿次的运算速度？问题像一个个“拦路虎”。天道酬勤，5年没日没夜的顽强拼搏，以慈云桂所长为代表的科研人员，闯过了一个个理论、技术和工艺难关，攻克了数以百计的技术难题，创造性地提出了“双向量阵列”结构，大大提高机器的运算速度，提前一年完成了研制任务，系统达到并超过了预定的性能指标，机器稳定可靠，且经费只用了原计划的五分之一。

张爱萍亲自挥笔将巨型计算机命名为“银河”，1983年12月26日，我国第一台命名为“银河”的亿次巨型计算机正式通过国家技术鉴定，这是改革开放初期在科技领域取得的一个重大成果。

巨型计算机

巨型计算机是运算速度最快、性能最高、技术最复杂的一类计算机，简称巨型机，也称超级计算机。它是计算机型谱中的最高档机型。巨型计算机主要用于解决大型计算机也难以解决的复杂问题。它是解决科技领域中某些巨大的挑战性问题的关键工具。

概括地讲，它是在当代生产工艺的条件下，采用最先进的技术、工艺设计生产出来的当时功能最强、运算速度最快、存储容量最大、面向科学与工程的最高档次的计算机系统。巨型计算机的研制与应用，是国际上高技术开发的-一个重要领域。超级计算机在国家安全、科技进步和经济发展方面，具有特殊的重要性。它是国力的象征之一，是中华民族立于世界民族之林所必需的技术，是高科技发展的推动力。

国际上巨型机的研制起步于20世纪60年代。1976年美国CRAY-1巨型计算机研制成功，标志着巨型机走上了成熟和商品化阶段。之后，世界巨型机有了飞速发展，以CRAY系列为例，1983年推出CRAYX-MP双处理机并行巨型系列机，向量峰值速度为每秒10亿次以上，内存容量8兆字。1985年后，巨型机的向量峰值速度和内存量更快也更大。

巨型计算机通常由主机系统、输入输出系统和前端机系统组成。巨型计算机的核心是主机系统，它由高性能处理机和高速大容量主存构成。主机的任务是完成高速运算。输入输出系统独立于主机，并行管理输入输出，向主机提供算题作业和运算所需的数据，接收主机的运算结果，并负责管理全部联机外围设备和接口通道。由于巨型机所加工数据的吞吐量很大，高速主存容量有限，一般还需要有半导体扩存和海量存储子系统。对大规模数据处理的用户，常需联机磁带子系统或光盘子系统作为大量数据输入输出的媒体。前端机系统是本地用户使用巨型机的总管，用来准备程序和数据，向主机发送作业，接收主机的最终处理结果，对结果进行加工后输出。前端机一般采用小型计算机。非本地用户借助计算机网络使用巨型机，用户端的计算机（微型计算机、工作站等）可起前端机的作用通过网络向巨型机发送作业和接收结果。

相关数据

全机底板25000条绕接线，12万个绕接点，都检查8遍以上；

全机800多块多层印制板，每块板上平均有5000个金属化孔，全部进行孔壁检查、孔导通测试和绝缘测试；

全机600多块插件板，每块板上有三四千个焊点，创造了200多万个焊点无一虚焊的奇迹。

从1983年起，国防科大邀请了石油部、国家气象局、总参、鞍钢等20来个单位，在巨型机上试算了42道过去在国内其他机型上难以运算的重大题目，都得到了圆满的结果。1983年11月，国家技术鉴定组对巨型机的各项性能，进行了我国计算机史上最严格的技术考核。按规定，允许主机24小时出一次故障，但在连续考机的12天里，主机运转了288小时无一故障。

应用

“银河1号”巨型计算机其运算速度达每秒1亿次。这是我国自行研制的第一台每秒钟运算亿次以上的巨型计算机，使我国成为世界上少数几个拥有研制巨型计算机的国家之一，并在石油勘探、气象预报和工程物理研究领域广泛应用。

后续发展

2010年

“天河一号A”让中国第一次拥有了全球最快的超级计算机。但因为后续未再升级，很快就被挤了下来。这次的目标是100PFlops以上，也就是每秒超过10亿亿次浮点运算(但不知道是最大性能还是峰值性能)，而所用平台是Intel提供的大约10万颗Ivy Bridge-EP Xeon E5、10万颗Xeon Phi组成的混合加速体系(另有一说总共最多10万颗)。

如果成真，这台超级计算机将是最快“泰坦”(Titan)的大约五倍——后者最大性能1.76PFlops、峰值性能2.7PFlops。这项工程受到了中国政府部门，尤其是科技部的鼎力支持，将用来辅助中国的空间探索、健康研究，特别是在未来十年内应对人口老龄化、城市规划、高速交通系统建设等问题，以及用来解决交通拥堵的智能车牌、实时交通计算技术。

项目初期投资大约1亿美元，用来购买计算设备，看起来很多但还远远不够。据说Intel将会提供的都是顶级产品，包括要在2013年下半年才会发布的高端十二核心服务器处理器Ivy Bridge-EP Xeon E5-2567W v2(大约2500美元)、最高端协处理器Xeon Phi 5110P 8GB GDDR5(估计1500-2500美元)，仅这20万颗处理器就需要5亿美元左右。再加上主板、内存、硬盘、散热、网络、机架等各种硬件，以及系统、软件和安装、维护费用，总成本恐怕将是个天文数字。

这台超级计算机预计会在未来18个月内快速完工，并安置在中国西南某个地方。中国将籍此在超级计算机领域称霸很长一段时间，中国的航天事业也将得到极大的促进，尤其是2020年载人登陆月球、2025年载人探索火星，不过其他国家也不甘落后，比如澳大利亚就在规划1000PFlops的更恐怖超算，也就是每秒100亿亿次的浮点性能，但要过几年才会实现。

评论指出，中国将籍此在超级计算机领域称霸很长一段时间，中国的航天事业也将得到极大的促进，尤其是2020年载人登陆月球、2025年载人探索火星，不过其他国家也不甘落后，比如澳大利亚就在规划1000PFlops的更恐怖超算，也就是每秒100亿亿次的浮点性能，但要过几年才会实现。

2015年

2015年4月9日，美国商务部发布了一份公告，决定禁止向中国4家国家超级计算机中心出售“至强”(XEON)芯片，这一决定使天河二号升级受到阻碍。

2016年

2016年6月，中国已经研发出了世界上最快的超级计算机“神威太湖之光”，目前落户在位于无锡的中国国家超级计算机中心。该超级计算机的浮点运算速度是世界第二快超级计算机“天河二号”（同样由中国研发）的2倍，达9.3亿亿次每秒。

2018年

在最新公布的榜单中“顶点”扩大了领先优势，其处理器数量从228万多个增加到近240万个，浮点指令周期（PFLOPS）从半年前的每秒12.23亿亿次提升至每秒14.35亿亿次。“神威·太湖之光”的数据未发生变化，浮点指令周期依然为每秒9.3亿亿次，被上期排名第三、由美能源部下属劳伦斯利弗莫尔国家实验室开发的“山脊”（Sierra）超越，前10名中，美国占据5台。

中国超算“神威·太湖之光”和“天河二号”分别位列第三、四名。

本次榜单中，美国超算上榜总数为109台，创历史新低。但在总运算能力上，美国占比38%，中国占比31%，表明美国超算的平均运算能力更强。

榜单还显示，中国企业在全球十大超算制造商中占据了前三名，其中联想以140台名列冠军，浪潮以84台名列亚军，中科曙光以57台名列季军。华为制造14台，位列第八。

首次跻身超算十强的德国“超级MUC-NG“就由联想公司制造。联想公司称，这台安装在莱布尼茨超算中心的超算采用了联想开发的水冷技术，比气冷技术节电45%。该超算用于天体物理学、流体动力学和生命科学等研究的同时，减少了碳排放和运行总成本。