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美国的 Jack Dongrra 教授等于 1993 年发起了全球超级计算机排名 TOP500,其成为高性能计算机发展的风向标。世界上浮点运算速度最快的机器从 1988 年的 2 Gflops 增长到 2018 年 11 月份 143 Pflops,提高了760 亿倍。高性能计算机被视为世界各国竞相争夺的科技战略制高点,是国之重器。西方国家对中国实施了长期的技术封锁和市场垄断,历史上巴统对中国进口计算机在性能指标上的限制、进口的计算机要关在玻璃房子里被外国员工监管使用,都是曾经发生过的事件。
目前,中国高性能计算机领域存在的没得用、不适用、用不起的严重问题制约着国家的可持续发展。①没得用。正如李国杰院士曾经报告指出,“尽管我国也研制了一两台上亿次的计算机,但从总体来看,我国的计算机水平比国外落后十几年”。在计算资源严重不足的形势下,国家全力研制的有限的几台高性能计算机系统仅能满足少数国家重要战略部门的需求,其他用户能得到的机器的性能与国外相比差 10 年以上。②不适用。可用的系统主要是大型机和大规模并行计算机(MPP)等“专用”系统。这里的专用并不是说它们只能运行某种应用,而是指组成部件是专门设计的,如 CPU 板、内存板、I/O 板和操作系统,都是不能在其他系统中使用的。因而导致用户群窄小,只应用在科学计算类的“象牙塔”中,对各行各业的迫切需求的适配性很差,计算效率很差。③用不起。由于高性能计算机一直被视为国之重器,国内市场被 IBM 等国外企业垄断,价格昂贵,国产品牌的市场基本为零。国内科研单位研制的有限的几台高性能计算机系统由于技术架构的原因价格性能比很高,没法大面积推广,更没法形成产业。
作为中国高性能计算机研制的重要力量,中国科学院计算技术研究所、国防科技大学和江南计算所等国内企事业单位从 20 世纪 90 年代开始,坚持不懈地开展了追赶与超越美、日等西方国家高性能计算机的研制工作。中国科学院计算技术研究所在“863”计划 306 主题支持下成立了国家智能计算机研究开发中心(以下简称“智能中心”),着力发展既要“顶天”更要“立地”的高性能计算机。尤其要攻克应用广、台数多,以及形成高性能计算机产业的难点。重点发展低费效比的架构与并行处理技术,从共享存储对称多处理器结构(SMP)开始,到海量并行处理结构(MPP),最后发展机群系统(Cluster)架构,有效践行了“863”计划提出的“顶天立地”战略。在基础理论创新、关键技术突破、应用推广和产业化推进上作出系统性的贡献。