从一无所有到全球第一，中国的“最强大脑”如何做到不靠外国芯

1965年，新中国宣布研制第一颗人造卫星，然而摆在工程师面前的第一道难题，是如何计算天文般繁多的数字。当时的中国的计算机技术很落后，用的最好的计算机也就是飞鱼牌手摇计算机，计算能力有限。所以，工程师们选择了用算盘这种古老的工具，古老的算盘实现古老的飞天传说，听起来有些浪漫，实际上满是艰辛。为了加快进度，年轻的工作人员不得不一天三班倒，处理大量的计算数据，在这样落后的手段下，单是精确地计算出一条一条轨道的运行轨迹就得花上一年时间。

1978年，改革开放刚启程，邓小平提出“中国要进入四个现代化，不能没有巨型机”点名让国防科委负责研发。长沙工学院计算机系首任主任慈云桂教授立下军令状：5年时间，一天不多；每秒一亿次，一次不少，就算是豁出这条老命，也要把中国的巨型机搞出来！

（中国超算之父慈云桂）

抱着不甘人后的信念，以慈云桂为代表的科研团队，参考当时国际上先进巨型机的设计思路，集智攻关，创造性地为巨型机设计了一个“双向量阵列”体系结构，攻克了一个个技术难关，提前一年完成了研制任务。

1983年12月，我国第一台亿次计算机研制成功，正式通过鉴定，取名为银河一号。时任国防科工委主任张爱萍为银河一号提了一首诗：“亿万星辰汇银河，世人难知有几多。神机妙算巧安排，笑向繁星任高歌。”这首诗道出了无数科研人员研制超级计算机的艰辛历程。银河一号的成功，使得中国成为继美、日之后第三个能独立设计和制造巨型机的国家。

超级计算机不是面子工程，是切切实实的用在实地的国之利器，银河一号的发明解决了当时我国石油物探的大问题，银河一号被石油部物探研究院，用作石油地震物理处理系统。随后的银河二号研制成功，运算速度提升到每秒10亿次，被国家气象局用来做中长期数值预报系统。

当年，银河二号还没出来之前，国家气象局一直想买美国的计算机来做预报系统，美国坐地起价，要加非常高，双方前前后后谈了将近10年，最终由于银河二号的诞生，让美国的这单生意黄了，依靠银河二号强大的算力，国家气象局以此来做中长期数值预报系统，可以进行5—7天的天气预报。

改革开放后，许多尖端科技对华解除了封锁。那时候流行的一句话是，“造不如买，买不如租”，我们的政策也变成了“以市场换技术”。既然国外的东西又便宜又好，我们为什么还要自己造呢？于是从80年代开始，技术人才大量流失，到学校教书，甚至成为了图书管理员。以至于到最后，奉行“贸工技”的联想，沦为了一家计算机组装厂。

好景不长，1989年，美国政府开始严格限制对中国的高性能计算机的出口，不仅价格奇高，同时还有一条附加条件：买来的超级计算机必须放在一个玻璃房子里，而钥匙在美国人手里，中国人不能只能看不能碰，每次使用的用途都要向美国人报告，请求批准。

为了拆掉美国人的“玻璃房”，国家派出一支年轻精干的科研小分队，远赴美国硅谷去搞曙光一号的研究。当时的科学计算所所长李国杰在黑板上写下了“人生能有几回搏”七个大字，斩钉截铁的对几个年轻人说：“派你们去，就相信你们一定能把机器给造出来！”在每天工作十五、六个小时，长达11个月的封闭式研究后，科研小分队成功设计出曙光一号核心部分。

（曙光研发现场）

四年后，1993年，中国“曙光一号”超级计算机研制成功，发布后仅仅第三天，西方取消了对中国出口超级计算机的限制，从此中国在超算的路上越走越远，并且捷报频传。

1995年，在只有500万经费的情况下，曙光1000诞生

1998年，曙光2000问世

2001年，曙光3000降生

2004年，曙光4000A诞生，算力首次破10万亿次

2008年，曙光5000降生，峰值运算速度达到230万亿次

2010年，曙光6000问世，屈居排行榜第二，第一是横空出世的天河一号，自此中国开始了霸榜之路

每次一次突围的路上，美国都要来横插一杠子，2015年，天河二号而天河1A问鼎冠亚军，美国坐不住了，由于这两台超算都使用了Intel的至强Xeon处理器和XeonPhi加速器，于是在2015年4月9日，美国商务部宣布对中国的四家超算机构禁运Intel的至强Xeon处理器和Xeon Phi加速器。

出乎美国人意料的是，2016年的超算冠军榜上还是来自中国的计算机，安装在国家超级计算无锡中心的“神威·太湖之光”登顶世界冠军。除了运行速度引人瞩目，全面采用国产众核芯片“申威”和操作系统，软硬件完全国产化，这更激扬了国人志气。

申威系列的CPU是由原总参谋部第五十六研究所（无锡江南计算技术研究所）设计，中芯国际代工，技术起源于美国的DEC公司Alpha21164处理器的技术，当时DEC公司是典型的技术强但商业上失败的公司，其在处理器设计领域的技术积累非常深厚。其Alpha处理器的技术资料在卖给我国的时候，已经包含了未来十几年处理器技术发展的蓝图。

五十六所（无锡江南计算技术研究所）以Alpha指令集为基础，扩展出自己的指令集，突破了异构众核处理器架构技术、异构众核处理器验证技术和基于28nm工艺的众核处理器物理实现技术。申威处理器自2006年诞生之后，已经发展出了多代不同的版本。在美国的禁令之后，搭载申威处理器的“神威·太湖之光”在2016年和2017年都位列榜首，再次让美国的计划落空。

不过，美国的禁令让天河二号处于休克状态，这棘手的问题亟需解决，面对来自美国的扼杀，天河二号在2017年底用国产的Matrix－2000协处理器替换了用了五年的Xeon Phi。根据为数不多的资料显示，Matrix－2000是由国防科大自主研发设计，但架构、来源一如既往地神秘。

这次升级把天河二号的每秒计算次数从3．39亿亿次提升到了6．14亿亿次，而功耗只增加了不到4％。所以六年了，天河二号还能在TOP500上排到第四，可以说相当出色。另一方面，天河二号取得突破的关键之一是中国自制的TH Express－2主干拓扑结构网络连接，这项技术世界领先。

禁运之后，英特尔的日子并不好过，其至强Xeon Phi加速器只有超算和大型机才会用到。并且中国的采购量占了一半左右，少了中国这个大客户之后，2016年6月18日，Xeon Phi 7290／7250加速器价格直接腰斩。到2017年8月24日，Intel 宣布Xeon Phi 7200系列协处理器加速卡进入停产退市进程。

全球超级计算机500强榜单始于1993年，每半年发布一次，是给全球已安装的超级计算机排座次的知名榜单。近几年天河与曙光系列超算稳居榜首，直到近期才被美国超越。

（中国超算TOP500逆袭之路）

最新榜单显示，美国橡树岭国家实验室的“顶点”系统以每秒14．86亿亿次的浮点运算速度位列榜首。排名第二的超级计算机是美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的“山脊”系统，中国超级计算机系统“神威·太湖之光”和“天河二号”分列榜单第三、第四位。

根据这份最新的榜单，美国共有117台超级计算机入围此次榜单，入围数量仅次于中国位居第二，但比较运算速度，美国超级计算机继续占据榜单的第一、第二位置。从总算力上看，美国超算占比为37．1％，中国超算占比为32．3％，中美在超算领域的差距较半年前进一步缩小。中美之后，日本、法国、德国、荷兰、爱尔兰、英国等也有两位数的超算系统入围本次500强榜单。

由于在奥巴马时期对出超算的不重视，美国在超算方面投入较少，特朗普上来之后，对超算又加大了投入，美国超算再一次反超，目前中国的新一代超算上马还得一段时间，暂时榜首还是美国的，在以后的一段时间里，超算处于两强争霸的状态。

从东方红一号的算盘计算数据，到改革开放后的第一个超算，第一次登榜，第一次登顶，第一次研发国产核心，第一次被禁，第二次被禁，第三次……，中国超算风风雨雨走过半个世纪，一步一步从无到有，从美国芯换成了中国芯，都是中国科研人员不甘落后所做出的的巨大努力，同时也是中国科技史的见证。