1983年12月22日，中國第一臺每秒鐘運算一億次以上的“銀河”巨型計算機，由國防科技大學計算機研究所在長沙研制成功。它填補了國內巨型計算機的空白，中國成為繼美國、日本之后，第三個能獨立設計和制造巨型計算機的國家。標志著中國進入了世界研制巨型計算機的行列。

基本定義

1978年3月，鄧小平代表黨中央作出決定，億次巨型計算機由國防科技大學搞。慈云桂擔任了這一任務的總指揮和總設計師。他們充分利用對外開放的有利條件，設計出既符合中國國情又與國際主流巨型機兼容的中國億次巨型機總體方案。組織精兵強將攻關，在新技術、新工藝、新理論的探索中，終于使"銀河"億次巨型機比國際主流巨型機在10個方面有了創(chuàng)造性的發(fā)展，填補了國內巨型機的空白，使我國成為世界上少數幾個擁有研制巨型計算機的國家之一，并在石油勘探、氣象預報和工程物理研究等研究領域廣泛應用。他最早倡導在中國開展智能計算機的研究，負責組建了中國計算機學會智能計算機專業(yè)組，并成功主持了新一代計算機系統國際學術會議。

研究背景

但是在中國，20世紀80年代以前除了有被稱作“儀器”的電子管計算機和晶體管計算機外，還沒有每秒計算速度能達到千萬次的巨型計算機。1978年中國第一次向南太平洋發(fā)射的運載火箭，用的還是運算速度僅百萬次的計算機。面對日新月異的發(fā)展需求，一個泱泱大國如果再不具備可以和發(fā)達國家一比高低的巨型計算機，那不僅是一個可悲的現實，而且還會帶來一個可悲的將來，這對立志于中華騰飛的新一代領導人和中國的知識分子來說，是一個沉重的壓力。

在現實中，由于國家沒有巨型計算機，防汛部門就無法對復雜的氣候進行中長期預報。所以，有幾次洪峰突然襲來，事先沒有準備，使人民的生命財產蒙受巨大損失。同樣也是由于沒有巨型計算機，石油部門每年要將勘探出來的大量石油礦藏數據和資料用飛機送到國外去作三維處理，不僅花費昂貴，而且國家的資源情況首先被外國人掌握。這實在讓中國人、特別是中國的計算機專家們赧顏。

銀河系列

銀河—Ⅰ　1983年11月我國第一臺被命名為“銀河”的億次巨型電子計算機，歷經5年，在國防科技大學誕生了。它的研制成功，向全世界宣布：中國成了繼美、日等國之后，能夠獨立設計和制造巨型機的國家。

銀河—Ⅱ　1992年11月19日，由國防科技大學研制的“銀河—Ⅱ”10億次巨型計算機在長沙通過國家鑒定。填補了我國面向大型科學工程計算和大規(guī)模數據處理的并行巨型計算機的空白。

銀河—Ⅲ　1997年6月19日，由國防科技大學研制的“銀河—Ⅲ”并行巨型計算機在京通過國家鑒定。該機采用分布式共享存儲結構，面向大型科學與工程計算和大規(guī)模數據處理，基本字長64位，峰值性能為130億次。該機有多項技術居國內領先，綜合技術達到當前國際先進水平。

研發(fā)歷史

研發(fā)背景

慈云桂擔任了“銀河-1號是巨型計算機”研制的總指揮和總設計師。他最早倡導在中國開展智能計算機的研究，負責組建了中國計算機學會智能計算機專業(yè)組，并成功主持了新一代計算機系統國際學術會議。

他們充分利用對外開放的有利條件，設計出既符合中國國情又與國際主流巨型機兼容的中國億次巨型機總體方案。組織精兵強將攻關，在新技術、新工藝、新理論的探索中，終于使"銀河"億次巨型機比國際主流巨型機在10個方面有了創(chuàng)造性的發(fā)展，填補了國內巨型機的空白。

過程記錄

在國防科大計算機學院寬敞、明亮的“銀河”機房里，矗立著一臺由7個機柜組成的圓柱形機器。這就是該校于1983年12月研制成功的我國第一臺巨型計算機。她的誕生，標志著中國成為繼美、日等少數國家之后，能獨立設計和制造巨型機的國家。

1978年，黨的十一屆三中全會召開，拉開了改革開放的序幕；黨中央、國務院決定在原“哈軍工”的基礎上組建國防科技大學；也是這一年，我們開始了我國首臺巨型計算機的研制工作。為什么要研制自己的巨型計算機？鄧小平同志的講話擲地有聲：“中國要搞四個現代化，不能沒有巨型機！”

胡教授說，改革開放前，由于沒有高性能的計算機，我國勘探的石油礦藏數據和資料不得不用飛機送到國外去處理，不僅費用昂貴，而且受制于人。當我國提出向某發(fā)達國家進口一臺性能不算很高的計算機時，對方卻提出:必須為這臺機器建一個六面不透光的“安全區(qū)”，能進入“安全區(qū)”的只能是巴黎統籌組織的工作人員。外國人明擺著是在卡我們的脖子??！

1978年3月，全國第一次科學大會在北京召開，中國迎來了科學的春天。此后，中央在重要會議上，正式下決心研制巨型計算機，以解決我國現代化建設中的大型科學計算問題。主持會議的鄧小平同志將這一任務交給了國防科委，并點名要國防科大承擔研制任務。時任國防科委主任的張愛萍上將向鄧小平立下了軍令狀：一定盡快研制出中國的巨型計算機。

時任國防科大計算機研究所所長的慈云桂教授聽到這消息，連聲說:好，好，就等著這一天呀！國防科委副主任張震寰對國防科大提出的要求是：運算速度一次不能少；研制時間一天不能多。

研制巨型計算機，談何容易？胡教授回憶道：改革開放之初，我國技術落后，資料匱乏，西方國家又對我們實行技術封鎖，了解國外研制巨型機的情況十分有限。國防科大雖然是國內最早研制計算機的單位，但此前為遠望號測量船研制的“151”機，每秒運算速度只有100萬次，要研制每秒運算一億次的機器，計算機運算速度一下要提高100倍，其困難不言而喻。

但是，困難沒有嚇倒我們。當時，大家只有一個信念，全力以赴造出自己的巨型機，大家把它叫“爭氣機”，就是要爭一口氣，不讓外國人再卡我們的脖子。

研制工作迅速展開之后，各種復雜技術問題隨之冒了出來。走什么樣的技術路線？采取什么樣的體系結構？如何實現每秒一億次的運算速度？問題像一個個“攔路虎”。天道酬勤，5年沒日沒夜的頑強拼搏，以慈云桂所長為代表的科研人員，闖過了一個個理論、技術和工藝難關，攻克了數以百計的技術難題，創(chuàng)造性地提出了“雙向量陣列”結構，大大提高機器的運算速度，提前一年完成了研制任務，系統達到并超過了預定的性能指標，機器穩(wěn)定可靠，且經費只用了原計劃的五分之一。

張愛萍親自揮筆將巨型計算機命名為“銀河”，1983年12月26日，我國第一臺命名為“銀河”的億次巨型計算機正式通過國家技術鑒定，這是改革開放初期在科技領域取得的一個重大成果。

巨型計算機

巨型計算機是運算速度最快、性能最高、技術最復雜的一類計算機，簡稱巨型機，也稱超級計算機。它是計算機型譜中的最高檔機型。巨型計算機主要用于解決大型計算機也難以解決的復雜問題。它是解決科技領域中某些巨大的挑戰(zhàn)性問題的關鍵工具。

概括地講，它是在當代生產工藝的條件下，采用最先進的技術、工藝設計生產出來的當時功能最強、運算速度最快、存儲容量最大、面向科學與工程的最高檔次的計算機系統。巨型計算機的研制與應用，是國際上高技術開發(fā)的-一個重要領域。超級計算機在國家安全、科技進步和經濟發(fā)展方面，具有特殊的重要性。它是國力的象征之一，是中華民族立于世界民族之林所必需的技術，是高科技發(fā)展的推動力。

國際上巨型機的研制起步于20世紀60年代。1976年美國CRAY-1巨型計算機研制成功，標志著巨型機走上了成熟和商品化階段。之后，世界巨型機有了飛速發(fā)展，以CRAY系列為例，1983年推出CRAYX-MP雙處理機并行巨型系列機，向量峰值速度為每秒10億次以上，內存容量8兆字。1985年后，巨型機的向量峰值速度和內存量更快也更大。

巨型計算機通常由主機系統、輸入輸出系統和前端機系統組成。巨型計算機的核心是主機系統，它由高性能處理機和高速大容量主存構成。主機的任務是完成高速運算。輸入輸出系統獨立于主機，并行管理輸入輸出，向主機提供算題作業(yè)和運算所需的數據，接收主機的運算結果，并負責管理全部聯機外圍設備和接口通道。由于巨型機所加工數據的吞吐量很大，高速主存容量有限，一般還需要有半導體擴存和海量存儲子系統。對大規(guī)模數據處理的用戶，常需聯機磁帶子系統或光盤子系統作為大量數據輸入輸出的媒體。前端機系統是本地用戶使用巨型機的總管，用來準備程序和數據，向主機發(fā)送作業(yè)，接收主機的最終處理結果，對結果進行加工后輸出。前端機一般采用小型計算機。非本地用戶借助計算機網絡使用巨型機，用戶端的計算機（微型計算機、工作站等）可起前端機的作用通過網絡向巨型機發(fā)送作業(yè)和接收結果。

相關數據

全機底板25000條繞接線，12萬個繞接點，都檢查8遍以上；

全機800多塊多層印制板，每塊板上平均有5000個金屬化孔，全部進行孔壁檢查、孔導通測試和絕緣測試；

全機600多塊插件板，每塊板上有三四千個焊點，創(chuàng)造了200多萬個焊點無一虛焊的奇跡。

從1983年起，國防科大邀請了石油部、國家氣象局、總參、鞍鋼等20來個單位，在巨型機上試算了42道過去在國內其他機型上難以運算的重大題目，都得到了圓滿的結果。1983年11月，國家技術鑒定組對巨型機的各項性能，進行了我國計算機史上最嚴格的技術考核。按規(guī)定，允許主機24小時出一次故障，但在連續(xù)考機的12天里，主機運轉了288小時無一故障。

應用

“銀河1號”巨型計算機其運算速度達每秒1億次。這是我國自行研制的第一臺每秒鐘運算億次以上的巨型計算機，使我國成為世界上少數幾個擁有研制巨型計算機的國家之一，并在石油勘探、氣象預報和工程物理研究領域廣泛應用。

后續(xù)發(fā)展

2010年

“天河一號A”讓中國第一次擁有了全球最快的超級計算機。但因為后續(xù)未再升級，很快就被擠了下來。這次的目標是100PFlops以上，也就是每秒超過10億億次浮點運算(但不知道是最大性能還是峰值性能)，而所用平臺是Intel提供的大約10萬顆Ivy Bridge-EP Xeon E5、10萬顆Xeon Phi組成的混合加速體系(另有一說總共最多10萬顆)。

如果成真，這臺超級計算機將是最快“泰坦”(Titan)的大約五倍——后者最大性能1.76PFlops、峰值性能2.7PFlops。這項工程受到了中國政府部門，尤其是科技部的鼎力支持，將用來輔助中國的空間探索、健康研究，特別是在未來十年內應對人口老齡化、城市規(guī)劃、高速交通系統建設等問題，以及用來解決交通擁堵的智能車牌、實時交通計算技術。

項目初期投資大約1億美元，用來購買計算設備，看起來很多但還遠遠不夠。據說Intel將會提供的都是頂級產品，包括要在2013年下半年才會發(fā)布的高端十二核心服務器處理器Ivy Bridge-EP Xeon E5-2567W v2(大約2500美元)、最高端協處理器Xeon Phi 5110P 8GB GDDR5(估計1500-2500美元)，僅這20萬顆處理器就需要5億美元左右。再加上主板、內存、硬盤、散熱、網絡、機架等各種硬件，以及系統、軟件和安裝、維護費用，總成本恐怕將是個天文數字。

這臺超級計算機預計會在未來18個月內快速完工，并安置在中國西南某個地方。中國將籍此在超級計算機領域稱霸很長一段時間，中國的航天事業(yè)也將得到極大的促進，尤其是2020年載人登陸月球、2025年載人探索火星，不過其他國家也不甘落后，比如澳大利亞就在規(guī)劃1000PFlops的更恐怖超算，也就是每秒100億億次的浮點性能，但要過幾年才會實現。

評論指出，中國將籍此在超級計算機領域稱霸很長一段時間，中國的航天事業(yè)也將得到極大的促進，尤其是2020年載人登陸月球、2025年載人探索火星，不過其他國家也不甘落后，比如澳大利亞就在規(guī)劃1000PFlops的更恐怖超算，也就是每秒100億億次的浮點性能，但要過幾年才會實現。

2015年

2015年4月9日，美國商務部發(fā)布了一份公告，決定禁止向中國4家國家超級計算機中心出售“至強”(XEON)芯片，這一決定使天河二號升級受到阻礙。

2016年

2016年6月，中國已經研發(fā)出了世界上最快的超級計算機“神威太湖之光”，目前落戶在位于無錫的中國國家超級計算機中心。該超級計算機的浮點運算速度是世界第二快超級計算機“天河二號”（同樣由中國研發(fā)）的2倍，達9.3億億次每秒。

2018年

在最新公布的榜單中“頂點”擴大了領先優(yōu)勢，其處理器數量從228萬多個增加到近240萬個，浮點指令周期（PFLOPS）從半年前的每秒12.23億億次提升至每秒14.35億億次。“神威·太湖之光”的數據未發(fā)生變化，浮點指令周期依然為每秒9.3億億次，被上期排名第三、由美能源部下屬勞倫斯利弗莫爾國家實驗室開發(fā)的“山脊”（Sierra）超越，前10名中，美國占據5臺。

中國超算“神威·太湖之光”和“天河二號”分別位列第三、四名。

本次榜單中，美國超算上榜總數為109臺，創(chuàng)歷史新低。但在總運算能力上，美國占比38%，中國占比31%，表明美國超算的平均運算能力更強。

榜單還顯示，中國企業(yè)在全球十大超算制造商中占據了前三名，其中聯想以140臺名列冠軍，浪潮以84臺名列亞軍，中科曙光以57臺名列季軍。華為制造14臺，位列第八。

首次躋身超算十強的德國“超級MUC-NG“就由聯想公司制造。聯想公司稱，這臺安裝在萊布尼茨超算中心的超算采用了聯想開發(fā)的水冷技術，比氣冷技術節(jié)電45%。該超算用于天體物理學、流體動力學和生命科學等研究的同時，減少了碳排放和運行總成本。