“革命加拼命”研制巨型機

金怡濂與計算機結緣，是在新中國成立后的1956年。當時，國家把計算機技術列為科學發(fā)展的重點學科之一。不久后，20個年輕人被選派赴蘇聯(lián)學習計算機研制，時年27歲、自清華大學電機系畢業(yè)后進入研究所工作的金怡濂幸運入選。

“當時，電子計算機剛問世10年。中國沒多少人知道什么是計算機，國家急缺人才，與其說我選擇了計算機，不如說計算機選擇了我?！苯疴セ貞浀?。1958年7月，金怡濂從莫斯科回到北京，隨即就被派往中科院計算機所，參與中國第一臺大型計算機104機的研制。當時的計算機體積都很龐大。而104機的主機和電機組機房各占地200平方米，共有22個機柜，使用了4200個電子管、4000個晶體二極管，每秒能運算1萬次。

金怡濂頗有感觸地說：“計算機是個很特別的東西。算一個數(shù)，需要很多器件一起工作，若是在某個瞬間斷一下，計算結果就會出大錯。所以，工藝質(zhì)量和設計質(zhì)量一樣至關重要?！蹦嵌螘r間，除吃飯、睡覺和非參加不可的集體活動，金怡濂和同事們幾乎所有的時間都泡在機房。除了研究設計，他們還花了大量時間，想了許多辦法，排查機器的每一個工藝環(huán)節(jié)，以確?！耙粋€焊點也不能出問題”。經(jīng)過多輪調(diào)試，1959年國慶節(jié)期間，104機正式宣布完成，《人民日報》頭版頭條報道了這一喜訊。隨后，它圓滿完成了包括中國第一顆原子彈在內(nèi)的許多重大課題的相關科學運算。

此時，金怡濂已離開104機研究小組，叉陸續(xù)投到四臺大型計算機的研制工作。金怡濂主攻的運算控制，被稱為計算機的大腦和心臟。他提出了一系列可行性建議和改進方案，攻克了“穿通進位鏈加法器”等課題，逐步成長為中國大型計算機研制領域的骨干力量，被破格提拔為研究室副主任。

1963年，金怡濂攜家眷隨單位遷往大西南。1969年，金怡濂作為主要技術負責人和總體組組長，主持國家重點工程九·五乙機的研制。當時，國家的電子工業(yè)基礎異常薄弱，金怡濂一方面與同事們下大力氣幫助合作的元器件生產(chǎn)廠家提高質(zhì)量，另一方面在國內(nèi)首次提出“雙機并行”的處理器系統(tǒng)結構，以雙機并行提高機器的速度和穩(wěn)定性，彌補元器件的可靠性不足。山區(qū)的科研條件十分簡陋，當時國家電子工業(yè)基礎薄弱，大型機研制舉步維艱。1976年，九·五乙機宣布研制完成，運算速度達每秒350萬次，開創(chuàng)了中國并行機研制的先河。

花錢買不來高科技

1978年，中國迎來科學的春天。金怡濂代表九·五乙機的全體參研人員、設計組和他個人，在第一次全國科學大會上捧回了三張獎狀。兩個月后，他又被派往美國和日本考察大型計算機。這次行程雖然收獲不小，也讓他們清醒地認識到了差距。

據(jù)金怡濂回憶，改革開放之初，國家百廢待興，急需更高性能的巨型機，迫不得已花巨資從國外進口了一臺。然而，購機同時還須花錢“聘請”兩位“洋監(jiān)工”，由他們在控制室中監(jiān)視機器的使用。并在雙方簽訂的協(xié)議上明確規(guī)定：中方人員不得進入控制室；開機、關機須由外方負責操作；中方不得將機器派作他用等等，這讓金怡濂大感屈辱，他由此深刻地認識到，高科技是花錢買不到的，必須發(fā)展中國自己的巨型機，否則只能受制十人。

“核心技術是花錢買不來的?！备惺艿角心w之痛的金怡濂下定決心，一定要研制出屬于中國人自己的、不輸給任何人的高性能計算機。鄧小平同志也明確提出：“中國要搞四個現(xiàn)代化，不能沒有巨型機?！痹谥袊蒲腥藛T廢寢忘食的努力下，上世紀80年代，“銀河”向量億次機和九·五工程億次機兩臺運算速度達億次級的巨型機相繼成功研制。1991年，金怡濂所在的研究所又成功研制出速度達每秒10億次級的中國第一臺大規(guī)模并行處理計算機，逐漸縮小與美、日等國的差距。下一個目標，金怡濂是贊成直接研制1000億次級巨型機的人之一。

“計算機發(fā)展太快，早一年是先進的，晚一年就落后了?！彼€有另一層考慮，直接挑戰(zhàn)干億次級，將是一次在該領域迎頭趕上美日等國的機遇，機不可失。最終，新一代巨型機——“神威”的目標被確定為1000億次級。當時已退居二線的金怡濂被邀請出山，擔任總設計師。他提出以平面格柵網(wǎng)為基礎的“分布共享存儲器大規(guī)模并行結構”總體方案，同時提出網(wǎng)上多種集合操作以及無匹配高速信號傳送等技術構想和解決方案，均獲成功。1996年9月，“神威”研制完成。經(jīng)測試，峰值運算速度達到每秒3120億次，跨入國際領先行列。這意味，僅用4年時間，中國高性能計算機的水平就提高了300多倍。

國慶五十周年展“神威”

1999年秋，無論是國家領導人，抑或是普通老百姓，誰不盼望建國50周年大慶盛會這天的北京艷艷麗日、朗朗晴空？可是，“十一”前一天的下午，首都大雨傾盆，且一夜未停。天公意愿誰先知？只有依靠“神威”。當時，“神威”的判斷結論是：雨將在國慶早晨5時停，3個小時過后將云開霧散。在天安門廣場盛況空前的國慶閱兵典禮現(xiàn)場，當太陽如期露出笑顏，受邀參加觀禮的“神威”總設計師金怡濂也笑了……

現(xiàn)實與他們的預報完全吻合，巨大的壓力頃刻化作滿腔欣慰。國家氣象中心利用“神威”計算機精確完威極為復雜的中尺度數(shù)值天氣預報，在國慶50周年和澳門回歸等重大活動的氣象保障中發(fā)揮了關鍵作用。然而，金怡濂傾畢生精力為國家研制巨型計算機，并不僅僅是為了氣象預報。他介紹，超級計算機通常是指當時性能最高、運算速度最快的一類計算機，是氣象氣候、石油物探、生命科學、航空航天、藥物篩選和基礎科學等領域不可缺少的高端計算工具，因此，中國未來的現(xiàn)代化建設不能沒有巨型機。

此后，金怡濂帶領他的團隊再次向世界最先進水平發(fā)起沖擊。這次，他們的目標更加明確——要在出機時達到世界第一。2001年底，“神威Ⅱ”研制完成，速度達到每秒13 1萬億次，其峰值速度和持續(xù)速度均超過了當時排名第一的高性能計算機；機器體積大為縮小，功耗也較低。因為對中國巨型計算機的發(fā)展做出重大貢獻，金怡濂榮獲2002年度國家最高科技獎。

當前，中國在高性能計算機領域已處于世界領先水平。2013年11月18日，國際TOP500組織公布最新全球超級計算機500強排行榜。中國的“天河二號”以峰值計算速度每秒5 49億億次、持續(xù)計算速度每秒3.39億億次雙精度浮點運算的優(yōu)異性能位居榜首。但從入榜的超級計算機數(shù)量上看，美國仍然優(yōu)勢明顯。

金怡濂介紹說，目前，完全采用國產(chǎn)自主CPU設計的超級計算機“神威藍光”速度已達到千萬億次級。但是，中國在基礎研究、前瞻性研究、核心元器件及應用研究方面，與美、日等國相比，仍有相當差距。未來，預計到2020年前后，超級計算機的運算能力將突破每秒100億億次，全世界的同行都正在朝這個目標努力。

據(jù)《世紀人物》整理