陳國(guó)良院士

        國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算機(jī)重大突破

        2008年是一個(gè)中國(guó)人永遠(yuǎn)無(wú)法忘記的一年，因?yàn)榘倌陫W運(yùn)的夢(mèng)想正在變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)；2008年也是中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)發(fā)展歷史上的重要一年，因?yàn)榭拼笕苏凉M懷激情地慶祝學(xué)校50周年華誕?！癒D-50-I”國(guó)產(chǎn)萬(wàn)億次高性能計(jì)算機(jī)的成功研發(fā)，就是陳國(guó)良院士和他所率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)給中國(guó)科大50歲生日獻(xiàn)上的一份厚禮。
        “我們給這臺(tái)高性能計(jì)算機(jī)命名為‘KD-50-I’，其中‘KD’是科大的簡(jiǎn)稱，‘50’意味著2008年中科大的50周年校慶，‘I’就是第一臺(tái)的意思，希望在不久的將來(lái)，我們能繼續(xù)開(kāi)發(fā)出基于龍芯3號(hào)多核處理器的高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)‘KD-50-Ⅱ’?！标悋?guó)良院士滿懷深情地說(shuō)。 
        KD-50-I是在教育部“985工程”建設(shè)項(xiàng)目的支持下，由中國(guó)科技大學(xué)計(jì)算機(jī)系與中國(guó)科學(xué)院計(jì)算所通過(guò)“所系結(jié)合”的方式，以陳國(guó)良院士等為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的技術(shù)創(chuàng)新隊(duì)伍經(jīng)過(guò)艱苦努力，才得以完成的重大科研創(chuàng)新項(xiàng)目。
        2007年12月26日，以王守覺(jué)院士為主任的專家委員會(huì)對(duì)KD-50-I做出權(quán)威鑒定，認(rèn)為它的理論運(yùn)算峰值達(dá)到10080億次/秒，是中國(guó)高性能計(jì)算機(jī)國(guó)產(chǎn)化的一次重大突破。
        萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)是體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家整體計(jì)算機(jī)水平的硬指標(biāo)，而處理器更是最為關(guān)鍵的核心。中央處理器(CPU)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心部件，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)指令的執(zhí)行、數(shù)學(xué)與邏輯的運(yùn)算、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與傳送等。在CPU技術(shù)上，我們跟國(guó)外廠商有著較大的差距。缺乏具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CPU芯片，曾經(jīng)是困擾我國(guó)計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的一大“芯”病?！褒埿?號(hào)”是我國(guó)第一款自主開(kāi)發(fā)的高性能通用CPU芯片，由中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所于2002年研制成功，從而結(jié)束了中國(guó)無(wú)“芯”的歷史。2007年7月底，龍芯2號(hào)系列的升級(jí)產(chǎn)品—“龍芯2F”系統(tǒng)芯片(SoC)流片成功。經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的嚴(yán)格測(cè)試，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，正式定型。為意法半導(dǎo)體公司提供的百萬(wàn)片量級(jí)的“龍芯2F”大規(guī)模生產(chǎn)，標(biāo)志著龍芯處理器又躍上了一個(gè)新臺(tái)階，而“龍芯2F”芯片在國(guó)產(chǎn)萬(wàn)億次高性能計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用再次見(jiàn)證了我國(guó)造“芯”的實(shí)力。
        “KD-50-I”萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)采用單一機(jī)柜，集成了336顆“龍芯2F”處理器，理論峰值計(jì)算能力達(dá)到1萬(wàn)億次。整機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)先進(jìn)，采用了高密度節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)技術(shù)，在高度不到4厘米的1U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱內(nèi)部緊密部署12個(gè)處理單元，組成1U12P高密度節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。硬件系統(tǒng)采用了我國(guó)自主設(shè)計(jì)的“龍芯2F”處理器、華為自主研發(fā)的千兆以太網(wǎng)交換機(jī)以及曙光服務(wù)器前置機(jī)等。系統(tǒng)軟件以開(kāi)源軟件為主，具有兼容性強(qiáng)、易維護(hù)、易升級(jí)、易使用等特點(diǎn)。 
        陳國(guó)良院士說(shuō)，“KD-50-I”具有“三低一高”的特點(diǎn)，首先是低成本， 75萬(wàn)元人民幣就可以買(mǎi)到；低功耗，耗能6000瓦之內(nèi)就可以了；還有低占地面積，336個(gè)CPU安裝在一個(gè)機(jī)箱里面，它的體積只相當(dāng)于一個(gè)冰箱，而這個(gè)“冰箱”相當(dāng)于我們這個(gè)中心機(jī)房5套進(jìn)口的整體計(jì)算機(jī)的計(jì)算量。 
        專家們一致認(rèn)為，“KD-50-I”萬(wàn)億次機(jī)的研制成功，是高性能計(jì)算機(jī)向個(gè)人化方向發(fā)展這一理念的首次成功嘗試，確立了國(guó)產(chǎn)高性能通用處理器在高端并行機(jī)應(yīng)用中的核心地位，為我國(guó)未來(lái)研制國(guó)產(chǎn)千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)和提高自主創(chuàng)新能力起到了示范作用，對(duì)推動(dòng)我國(guó)民族高性能計(jì)算機(jī)事業(yè)的發(fā)展和保證國(guó)家安全具有重要的戰(zhàn)略意義。

陳國(guó)良院士在介紹新計(jì)算機(jī)

        少年壯志振興中華民族產(chǎn)業(yè)

        陳國(guó)良院士的人生與中國(guó)的計(jì)算機(jī)事業(yè)結(jié)下了不解之緣。他對(duì)民族計(jì)算機(jī)事業(yè)的熱愛(ài)源自于他對(duì)祖國(guó)誠(chéng)摯的愛(ài)，他自覺(jué)地肩負(fù)起振興中華的神圣使命。陳國(guó)良院士出生于淮河之濱潁上縣陳橋鄉(xiāng)的一個(gè)貧寒家庭，童年的艱苦歲月給他的人生烙下了難以磨滅的印記。小時(shí)候經(jīng)歷的一件事情，至今他仍然能夠清楚地記得。他說(shuō)：“那還是讀小學(xué)的時(shí)候，當(dāng)時(shí)大部分火柴都是洋貨，但有一次我看到一個(gè)火柴盒上寫(xiě)著‘安全火柴，提倡國(guó)貨’，心里感到一震?！睆哪菚r(shí)起，支持國(guó)貨就在他的心靈深處扎下了根。
        1956年，陳國(guó)良以優(yōu)異的成績(jī)考上了上海交通大學(xué)電力系學(xué)習(xí)“強(qiáng)電”專業(yè)，后來(lái)他隨學(xué)校搬到了古城西安(即現(xiàn)在的西安交通大學(xué))學(xué)習(xí)。不久，學(xué)校選拔人才學(xué)習(xí)當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)專業(yè)，陳國(guó)良憑借優(yōu)異的成績(jī)和在勞動(dòng)中的出色表現(xiàn)，開(kāi)始進(jìn)入無(wú)線電系改學(xué)“弱電”計(jì)算機(jī)專業(yè)。大學(xué)畢業(yè)后，陳國(guó)良“攜筆從戎”，先分配到部隊(duì)，然后轉(zhuǎn)業(yè)到太原的工廠。在部隊(duì)的4年里，陳國(guó)良有機(jī)會(huì)接觸軍用計(jì)算機(jī)，這為他以后從事高性能計(jì)算機(jī)的研究打下了基礎(chǔ)。1973年調(diào)入中國(guó)科技大學(xué)，此后一直從事計(jì)算機(jī)的教學(xué)和研究工作。陳國(guó)良院士幽默地總結(jié)自己的24字人生是“亦農(nóng)亦工、亦文亦武、亦強(qiáng)亦弱、亦硬亦軟、亦虛亦實(shí)、亦東亦西”。他解釋說(shuō)，干農(nóng)活長(zhǎng)大，又在工廠做工，一邊科研，一邊從軍，所以叫“亦農(nóng)亦工、亦文亦武”；先學(xué)“強(qiáng)電”，后學(xué)“弱電”，既從事計(jì)算機(jī)硬件研制，也搞計(jì)算機(jī)軟件，可謂“亦強(qiáng)亦弱，亦硬亦軟”；既做理論研究，又做實(shí)際應(yīng)用，在世界東西方各地進(jìn)行交流講學(xué)，實(shí)可謂“亦虛亦實(shí)、亦東亦西”。
        陳國(guó)良原來(lái)是從事計(jì)算機(jī)科學(xué)理論研究工作的，他上世紀(jì)80年代初在國(guó)內(nèi)最早開(kāi)展了非數(shù)值并行算法方面的研究，提出了一系列新觀點(diǎn)和新方法，在選擇網(wǎng)絡(luò)、組合優(yōu)化等方面設(shè)計(jì)出一些國(guó)際同期最好的并行算法。1992年，在計(jì)算所的努力下，我國(guó)第一臺(tái)每秒25億次的高性能計(jì)算機(jī)——曙光1000研制成功。就在這臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生的第三天，美國(guó)宣布解除10億次計(jì)算機(jī)對(duì)我國(guó)的禁運(yùn)。然而，研制出來(lái)后面臨推廣應(yīng)用的困難，有人甚至對(duì)國(guó)產(chǎn)并行機(jī)表示懷疑。一想到小時(shí)候用的火柴盒上寫(xiě)著的“安全火柴，提倡國(guó)貨”八個(gè)字，陳國(guó)良教授就熱血沸騰，他身先士卒報(bào)名成為第一批國(guó)產(chǎn)機(jī)推廣“敢死隊(duì)”。平時(shí)不愛(ài)與人爭(zhēng)執(zhí)的陳國(guó)良，在推廣國(guó)產(chǎn)機(jī)曙光1000受到阻力時(shí)卻極力抗?fàn)?，并在自己的?shí)驗(yàn)室購(gòu)置了一臺(tái)。他說(shuō)，無(wú)論多難，也要發(fā)展民族計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)。陳國(guó)良堅(jiān)持認(rèn)為，不怕國(guó)產(chǎn)機(jī)不好用，就怕你不用，通過(guò)用可以發(fā)現(xiàn)不好用的地方，有毛病可以找專家來(lái)幫助解決，才能使不好用變成好用。有些人喜歡用進(jìn)口機(jī)器，對(duì)國(guó)產(chǎn)機(jī)的使用存在著多種疑慮，陳教授將設(shè)計(jì)師請(qǐng)到用戶現(xiàn)場(chǎng)解答問(wèn)題。由于陳國(guó)良以愚公移山的精神，堅(jiān)持不懈的努力，成功地打開(kāi)了國(guó)產(chǎn)并行機(jī)的應(yīng)用局面，他本人代表我國(guó)出任國(guó)際高性能計(jì)算亞洲常務(wù)理事，并獲國(guó)家“863”計(jì)劃15周年先進(jìn)個(gè)人重要貢獻(xiàn)獎(jiǎng)。這正如中科院計(jì)算所所長(zhǎng)李國(guó)杰院士所說(shuō)，核心技術(shù)并不是技術(shù)人員想像出來(lái)的，而是用戶“用”出來(lái)的。

        淮河防洪防污智能調(diào)度系統(tǒng)

        “生我者江淮父老也，養(yǎng)我者江淮大地也，我有什么理由不為江淮父老服務(wù)？”這位喝淮河水長(zhǎng)大的淮河之子，對(duì)母親河懷有與生俱來(lái)的情感。他的母校鳳臺(tái)中學(xué)就毗鄰淮河大堤，陳國(guó)良從小就對(duì)淮河水患感同身受。每逢洪水暴發(fā)，一夜醒來(lái)，學(xué)校周?chē)黄粞?。在汛期暴雨的肆虐之下，萬(wàn)頃良田頓時(shí)變成茫茫水澤，鄉(xiāng)親父老不得不四散逃荒，這一切在他的心里留下難以抹去的陰影。
        淮河的治理傾注了新中國(guó)幾代水利專家的心血，但是淮河水系復(fù)雜，上游水庫(kù)繁多，如何對(duì)這些大型水庫(kù)進(jìn)行全局優(yōu)化調(diào)度，利用“蓄泄兼施”，達(dá)到“上控、 中暢、下泄”，這就需要精密的計(jì)算和調(diào)度。多年來(lái)，陳國(guó)良與水利部淮河水利委員會(huì)緊密合作，成功研制了“安徽省防災(zāi)減災(zāi)智能信息與決策支持系統(tǒng)”。該系統(tǒng)使用曙光1000作為服務(wù)器，將中尺度數(shù)值氣象預(yù)報(bào)模式MM4的計(jì)算結(jié)果作為水情預(yù)測(cè)和群庫(kù)優(yōu)化調(diào)度的決策參考依據(jù)，在汛期對(duì)淮河中上游9大水庫(kù)進(jìn)行防洪調(diào)度，取得了顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。這項(xiàng)成果獲得了2001年度國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
        2003年夏天，淮河流域遭受了50年一遇的特大洪澇災(zāi)害，陳國(guó)良帶領(lǐng)中國(guó)科大10多名師生親臨防洪一線，為防洪調(diào)度決策提供高性能計(jì)算支持。2007年淮河流域再次遭受歷史性特大洪水，他帶領(lǐng)技術(shù)人員與淮河防汛指揮人員，親臨王家壩、姜塘湖行蓄洪區(qū)等進(jìn)行實(shí)地勘察，溫家寶總理給予了“科學(xué)防控，緊張有序”的高度評(píng)價(jià)。水利部淮河水利委員會(huì)在感謝信中說(shuō)：“特別感謝陳國(guó)良教授項(xiàng)目組，在淮河防洪戰(zhàn)斗中親臨防洪調(diào)度第一線及時(shí)提供高性能計(jì)算支持，使我們?nèi)〉脩?zhàn)勝特大洪水的勝利”。
        淮河流域是一個(gè)“水患”與“污患”并重的特殊流域，非汛期的防污、控污也是一項(xiàng)重大而艱巨的任務(wù)。如何充分利用淮河流域有限的水環(huán)境資源和現(xiàn)有的水利工程措施進(jìn)行河、湖水質(zhì)的有效管理與控制，是當(dāng)前及未來(lái)不可缺少的重要手段。陳國(guó)良牽頭與水利部淮河水利委員會(huì)共同承擔(dān)了新一輪高性能計(jì)算“863”重大專項(xiàng)研究項(xiàng)目“淮河流域防洪防污調(diào)度系統(tǒng)”。該項(xiàng)目是利用“計(jì)算網(wǎng)格”等網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)，構(gòu)建流域數(shù)字化基礎(chǔ)信息平臺(tái)，開(kāi)發(fā)水資源污染控制的綜合應(yīng)用系統(tǒng)。
        2004年7月中旬，淮河遭遇了巨大污水團(tuán)的侵襲，陳國(guó)良院士帶領(lǐng)師生親臨防污調(diào)度的指揮現(xiàn)場(chǎng)，他們將所研制的淮河流域防洪、防污兩個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)聯(lián)合起來(lái)，運(yùn)用河網(wǎng)水動(dòng)力及污染物輸移擴(kuò)散計(jì)算模型對(duì)河道中污染物的輸移、污染團(tuán)的形成與變化進(jìn)行高性能實(shí)時(shí)預(yù)警預(yù)報(bào)。
        由于陳國(guó)良院士所率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)為水污染聯(lián)防提供及時(shí)、科學(xué)的調(diào)度決策依據(jù)，給防污工作贏得了寶貴的時(shí)間，使水污染造成的危害明顯降低。

        為民族未來(lái)培養(yǎng)創(chuàng)新性人才

        “我們有能力在高性能計(jì)算技術(shù)上趕超世界先進(jìn)水平，在世界高性能計(jì)算機(jī)領(lǐng)域占有一席之地?！标悋?guó)良院士對(duì)中國(guó)高性能計(jì)算事業(yè)的未來(lái)充滿信心。
        如今，高性能計(jì)算已被看成是衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的重要指標(biāo)，也是世界各國(guó)競(jìng)相爭(zhēng)奪的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，各國(guó)都在加大對(duì)高性能計(jì)算的投入。要想在世界高性能計(jì)算領(lǐng)域占有一席之地，關(guān)鍵在于人才。30多年來(lái)，陳國(guó)良雖然承擔(dān)了繁重的科研任務(wù)，但是他一直堅(jiān)守在教學(xué)一線，并以此為樂(lè)。“作為一名科大教師，做科學(xué)研究固然重要，但更重要的是教書(shū)育人。”他說(shuō)，“高水平的學(xué)者、科研骨干都應(yīng)該給學(xué)生上課，讓學(xué)生體驗(yàn)到創(chuàng)造的過(guò)程，看到本質(zhì)?！痹谒囵B(yǎng)的60多名博士生中，不少人已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)科帶頭人和技術(shù)骨干。
        為民族未來(lái)培養(yǎng)創(chuàng)造性人才，是陳國(guó)良人生中最快樂(lè)的事情。盡管陳教授已近古稀之年，但只要一站在講臺(tái)上，他就立刻精神抖擻，像演員一樣很快進(jìn)入角色。他說(shuō)：“講課是一門(mén)藝術(shù)，登臺(tái)講授要像演員一樣，在短時(shí)間內(nèi)要充分利用講臺(tái)這個(gè)舞臺(tái)，把你的才藝發(fā)揮得淋漓盡致?！痹谫F陽(yáng)、成都、太原等地為全國(guó)高校青年教師舉辦的培訓(xùn)班上，陳教授有時(shí)一天要站在講臺(tái)上講六七個(gè)小時(shí)，有時(shí)持續(xù)一個(gè)月，星期六也不休息，這是年輕教師都難以承受的高強(qiáng)度腦力勞動(dòng)。
        陳教授十分注重學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，積極引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中實(shí)踐，在實(shí)踐的過(guò)程中提高，在提高的基礎(chǔ)上創(chuàng)新。他說(shuō)：“發(fā)表論文不是我們高校的唯一指標(biāo)，我們必須面向國(guó)家實(shí)際需求，在工程實(shí)踐應(yīng)用中培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。”