隨著21世紀(jì)之門向人類徐徐開啟，超級計(jì)算機(jī)“并行計(jì)算時(shí)代”開始遭遇“寒流”。這股“寒流”的顯著標(biāo)志，就是單芯片性能提升受到制備工藝限制而大大放緩。也就是說，科學(xué)家們提高超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體性能，只能依賴于加大系統(tǒng)規(guī)模。這樣一來，系統(tǒng)性能在突破每秒千萬億次后，就會出現(xiàn)一系列難以逾越的“高墻”：

比如體積，它將有幾個(gè)足球場那么大。

比如功耗，需要建一個(gè)專用的發(fā)電站，才能滿足它的功耗。

這一個(gè)個(gè)難以攻克的技術(shù)瓶頸，標(biāo)志著超級計(jì)算機(jī)純粹CPU超大規(guī)模并行計(jì)算技術(shù)路線已走進(jìn)“死胡同”，而需要新的體系結(jié)構(gòu)理論來支撐。

這意味著在高性能計(jì)算機(jī)新的技術(shù)高峰面前，中國等發(fā)展中國家的超級計(jì)算機(jī)發(fā)展，和美、日等發(fā)達(dá)國家都處于同一起跑線，我國在超級計(jì)算機(jī)領(lǐng)域決戰(zhàn)決勝、沖擊“珠峰”的時(shí)機(jī)已經(jīng)來臨！

為超級計(jì)算機(jī)技術(shù)“破冰”的東風(fēng)是什么？

超級計(jì)算機(jī)發(fā)展之路在何方？

在超級計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的十字路口，有人在期待，有人在徘徊，有人在觀望，更多的人在躬身探索。

國防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院大樓旁的銀河廣場上，一名身材魁梧、濃眉大眼、氣宇軒昂的中年軍人，時(shí)而慢慢踱步，時(shí)而駐足沉思，時(shí)而抬頭仰望一眼廣袤的太空。

他就是銀河系列超級計(jì)算機(jī)總設(shè)計(jì)師楊學(xué)軍教授。

楊學(xué)軍手上夾著香煙，一口接一口地抽著，一支接一支地點(diǎn)著。他的思緒，隨著緩緩?fù)鲁龅臒熿F，裊裊地飄向太空，飄向世界，飄向深邃的歷史……

什么樣的體系結(jié)構(gòu)可以破除超大規(guī)模并行超級計(jì)算機(jī)面臨的“高大難”（功耗高、體積大、技術(shù)實(shí)現(xiàn)難）窘境呢？

這個(gè)大大的問號，拽著楊學(xué)軍及其團(tuán)隊(duì)成員的思緒快速且不停歇地運(yùn)轉(zhuǎn)起來。為此，身兼行政領(lǐng)導(dǎo)、型號總師的楊學(xué)軍，無論工作有多忙，每周都要抽出兩天時(shí)間與大家交流討論學(xué)術(shù)問題，而且常常因此錯(cuò)過吃飯時(shí)間。這時(shí)他就自掏腰包給大家改善伙食，在飯桌上邊吃邊繼續(xù)討論課題，經(jīng)常有意想不到的收獲。

平時(shí)，楊學(xué)軍和團(tuán)隊(duì)成員身上都帶著兩塊手機(jī)電池。一旦有新發(fā)現(xiàn)，就打電話交流討論，常常一打就是一兩個(gè)小時(shí)，打到兩塊電池都沒電，打得手機(jī)燙耳朵。

他們終于發(fā)現(xiàn)了可用于科學(xué)與工程計(jì)算的64位流處理器，并成功應(yīng)用于大規(guī)模并行系統(tǒng)的構(gòu)建。這一研究成果，是名副其實(shí)的世界首創(chuàng)！

2007年6月，楊學(xué)軍帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)完成的流處理器研究論文《64位流處理器體系結(jié)構(gòu)研究》，發(fā)表在國際計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)年會（ISCA）上，并被國際權(quán)威期刊《IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems》錄取。該論文介紹了國防科技大學(xué)自主設(shè)計(jì)的面向科學(xué)計(jì)算的64位流處理器和其編程方法。這是國際計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)年會（ISCA）錄取的第一篇來自中國研究機(jī)構(gòu)、由中國學(xué)者獨(dú)立完成的學(xué)術(shù)論文，也是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上第一個(gè)由中國人提出的體系結(jié)構(gòu)理論。

論文發(fā)表后，在國內(nèi)外計(jì)算機(jī)領(lǐng)域引起轟動。

CPU與64位流處理器異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)，為世界超級計(jì)算機(jī)技術(shù)突破“冰封期”提供了嶄新的思路。

楊學(xué)軍的《64位流處理器體系結(jié)構(gòu)研究》發(fā)表一年后，即2008年6月18日，美國突然宣布：IBM公司采用異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)技術(shù)成功研制出一臺峰值速度每秒1.37578千萬億次的超級計(jì)算機(jī)，并將其命名為“走鵑”。美國在異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域捷足先登，打響了新一輪決戰(zhàn)的第一槍，世界強(qiáng)國在超級計(jì)算機(jī)領(lǐng)域新的較量正式拉開序幕！

21世紀(jì)的中國，別無選擇，唯有接招，準(zhǔn)備決戰(zhàn)！

進(jìn)攻目標(biāo)鎖定后，攻擊路線就是關(guān)鍵。

兩年前，楊學(xué)軍帶領(lǐng)大伙探討64位流處理器Imagine時(shí)，他的腦海里就同時(shí)思考著另一種與之有著異曲同工之妙的電子芯片——GPU的科學(xué)計(jì)算問題。也就是說，研制每秒千萬億次超級計(jì)算機(jī)可走既定的CPU+64位流處理器Imagine異構(gòu)融合技術(shù)路線、也可嘗試CPU（通用微處理器）+GPU（專用微處理器）異構(gòu)融合技術(shù)路線。

對于前者，團(tuán)隊(duì)已攻關(guān)多年，有著比較雄厚的技術(shù)積累，成功可能性比較大。而對后者，當(dāng)時(shí)國際上公認(rèn)GPU最高計(jì)算效能僅為20%，根本不可能用于研制超級計(jì)算機(jī)。

但使用GPU構(gòu)建超級計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢顯而易見：它運(yùn)算速度快，比CPU高出6倍，能有效縮小機(jī)器空間；它能耗低，僅有CPU的五分之一，可有效解決超級計(jì)算機(jī)高能耗短板；它在市場上流通的品種很多，可供選擇性大，而且技術(shù)成熟；它價(jià)格便宜，可有效提高機(jī)器的性價(jià)比，讓用戶用得起……

而將GPU用于超級計(jì)算機(jī)研制的劣勢，同樣不容忽視：它能否用于高性能計(jì)算機(jī)，還是個(gè)未知數(shù)，探索之路將非常艱難，而且風(fēng)險(xiǎn)很大。

以楊學(xué)軍為總設(shè)計(jì)師的總師組，經(jīng)過深入技術(shù)調(diào)研、反復(fù)權(quán)衡利弊，決定大膽嘗試CPU+GPU異構(gòu)融合技術(shù)之路。

從每秒10萬億次直接沖刺每秒1000萬億次，走別人沒有走過的CPU+GPU技術(shù)路線，他們的這一超常決策，在業(yè)內(nèi)引起一片嘩然。

“研制超級計(jì)算機(jī)一般都以10倍速度逐步遞增，這已成為國際慣例。從每秒10萬億次直接向每秒1000萬億次跨越，這一步是不是邁得大了點(diǎn)？能跨過去嗎？”

“就是把機(jī)器做出來了，應(yīng)用水平能跟上嗎？”

“GPU能否用于高性能計(jì)算還是個(gè)謎，用它研制超級計(jì)算機(jī)，這是不是太冒險(xiǎn)了？”

……

面對沸沸揚(yáng)揚(yáng)的疑問，楊學(xué)軍率領(lǐng)的總師組認(rèn)為，兩步并作一步走的事，雖然國際上少有，但對銀河人來說卻并不是什么新鮮事。當(dāng)年慈云桂帶領(lǐng)大家研制“遠(yuǎn)望一號”遠(yuǎn)洋測量船中心計(jì)算機(jī)時(shí)，不也是從每秒萬次直接向每秒100萬次沖刺的嘛。當(dāng)今世界，超級計(jì)算機(jī)每10年性能提升1000倍，在此情況下，若按照所謂“慣例”，按部就班、亦步亦趨，只能永遠(yuǎn)處于“跟班”“借鑒”“仰人鼻息”的被動局面。只有從荊棘叢中、險(xiǎn)關(guān)狹隘另辟蹊徑，才能殺出重圍，率先“登頂”。至于用于圖像處理的GPU能否用于科學(xué)計(jì)算，楊學(xué)軍堅(jiān)定地認(rèn)為，憑著團(tuán)隊(duì)數(shù)十年超級計(jì)算機(jī)教學(xué)科研積淀的厚實(shí)底蘊(yùn)，和對64位流處理器研究取得的創(chuàng)新成果、技術(shù)基礎(chǔ)，定能觸類旁通，攻克GPU計(jì)算效能這一世界難題。

國防科技大學(xué)黨委積極支持他們的跨越壯舉，向創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)出了“我們的胸懷有多寬，我們的事業(yè)就有多大”的動員令，鼓勵(lì)大家確立決戰(zhàn)決心，堅(jiān)定決勝信心。

帶著國家重托、民族期望，國防科技大學(xué)超級計(jì)算機(jī)創(chuàng)新“航母編隊(duì)”，浩浩蕩蕩向著新的技術(shù)彼岸進(jìn)發(fā)！