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金怡濂 “神威”总设计师

·1929.9—·

·中国高性能计算机领域专家·

·中国工程院院士·

·中国巨型计算机事业开拓者·

·“神威”超级计算机总设计师·

·2002年度国家最高科学技术奖获得者·

1999年9月30日,我国50周年国庆大典前夕,北京城阴雨绵绵,大家不禁担忧:次日国庆典礼时天气如何?能否保证阅兵的顺利进行?

为此国家气象局使用“神威”计算机进行数值运算,算出当天北京的天气:清晨5时雨会停,3个小时过后将云开雾散。

在天安门广场盛况空前的国庆阅兵典礼现场,当太阳如期露出笑颜,受邀参加观礼的“神威”总设计师金怡濂也笑了……

鹏程飞渡,蓄力攀登

1929年9月,金怡濂出生在天津的一个知识分子家庭,父亲是留学美国的工程师,母亲是知书达理的大家闺秀。

金怡濂成长在一个动荡的时代,父亲常常告诉他们,中国虽然暂时穷困,但中国人非常聪明,只要下功夫、肯努力,开动脑筋,外国人能办到的事情,中国人也一定能做到。父亲的话长久地留在他的脑海中,对他以后的治学生涯产生了莫大的影响。

至今他仍记得,一次父亲带他去电话局的机房,满屋子嘀嗒作响的机器让他觉得复杂又神奇。自那时起,他就朦胧地有了长大后像父亲一样当个工程师的想法。后来,日军侵华,天津沦陷,他想当工程师的理想逐渐转化为“科学救国”的志向。

1947年,金怡濂从天津耀华中学毕业,以优异成绩考入清华电机系。《耀华年刊》中对他的评价是“躯颀长性颖悟,事物过目辄了,办事理若区白黑,思想敏捷,数理尤精,且言出行随,疾如闪电,抑君之鹏程飞渡,亦疾如闪电乎”。12年的耀华生涯,培养了他对理科的兴趣和偏爱,为他以后事业的起飞做了良好的铺垫。

青年时期的金怡濂。

当时的清华电机系课程设置先进,师资力量强大,有多位世界知名教授。大学四年,金怡濂珍惜来之不易的机会,学习勤奋刻苦,成为一名品学兼优的高才生。

1956年,电子计算机被列入我国科学技术发展十二年远景规划重点发展学科,成为“四项紧急措施”之一。不久后,20个年轻人被选派赴苏联学习计算机研制,时年27岁、风华正茂的金怡濂幸运入选。从此,金怡濂与计算机结下了不解之缘。

大胆假设,小心求证

发展中国的巨型计算机事业,使之在世界巨型机领域中占有一席之地,这是金怡濂魂牵梦萦的追求。他非常珍惜难得的留学机会,全身心地投入学习之中。

1958年他学成回国,开始了缘定一生的巨型机事业追求。

科学需要严谨,同样需要创新。20世纪90年代初,在国家并行计算机工程技术研究中心召开的“神威”机研制方案论证会上,主持会议的领导同志提出:能否跨越百亿次的高度,直接研制千亿次巨型机?

会场一时鸦雀无声。当时,中国研发的巨型机运算速度刚刚达到十亿次。这个指标太超乎想象,而风险也实在太大。

一般很少在公众场合露面的金怡濂说话了,他一开口便语出惊人:我们完全有能力造一台千亿次巨型机!而且必须跨越,否则就被世界越甩越远!一锤定音。最终金怡濂的意见被采纳,他被任命为总设计师。

“冒险和求实,是一个问题的两个方面。认真地去分析这件事究竟能不能做,既不能畏首畏尾,也不能盲目冒险。”金怡濂说,他支持直接研制千亿次巨型机绝非一时冲动,而是反复研究国外同行的成果近一年后得出的结论。

这大胆的假设,是他多年来一点一滴的积累。20世纪70年代,他主持研制了国内首台双处理器结构的大型计算机,参与组织领导了我国首台标量亿次巨型机的研制,主持从工程上实现了多处理并行的体系结构。80年代中期至90年代初,他领导开展我国第一台十亿次巨型机的研制,确定了采用国际通用处理器、向大规模并行计算机发展的研制路线,使该机研制完成时达到了世界先进水平。

目标既定,就是没日没夜的努力。他以科学家的睿智和眼光,创造性地融合国际上多种先进设计思想,大胆采用了超前、创新的体系结构,又经过毫不松懈的细节排查、反复求证,终于功夫不负有心人,1996年9月,“神威”研制完成。经测试,峰值运算速度达到每秒3120亿次,跨入国际领先行列。

艰苦跋涉,再攀高峰

在“神威”成功后,金怡濂又主持了“神威Ⅱ”的研发。他带领团队,向世界最先进水平发起了又一轮冲击。这次,他们的目标更明确,就是一定要在出机时达到世界第一。

在“神威Ⅰ”的基础上,金怡濂提出了以超三维格栅网为基础的可扩展共享存储体系结构与消息传送机制相结合的总体创新构想。他用“神威Ⅰ”建立模拟环境,对新机型展开20天的监测,开创了用上一代巨型机模拟新一代巨型机的先河。而且,用液冷代替风冷也是金怡濂在“神威Ⅱ”上的一大创新。

金怡濂站在“神威”超级计算机前。

这次攻关,技术难度空前,研制工作多次受挫,印制大底板一直到最后一年才完成零缺陷的“金板”,随后又出现冷却水管堵塞、路由器件管脚断裂……

不知经过了多少不眠之夜,多少次梦中惊醒,他的团队最终打破重重难关,迎来了胜利的曙光。

2001年,金怡濂领导设计的“神威II”巨型计算机运行速度达到13.1万亿次。无论从峰值速度,还是持续速度,均超过了当时世界上性能最高的计算机。

江泽民同志视察“神威II”时,现场题词道,“与时俱进,再攀高峰”。这幅题词,正是金怡濂一生践行科学精神的高度概括。

2010年5月,天上又“多”了一颗星:金怡濂星,国际永久编号“100434”。这颗小行星以2002年度国家最高科学技术奖得主、中国工程院院士金怡濂的名字命名。

“神威”精神,大家风范

有人说,金怡濂对人才培养的贡献,不亚于研制一台“神威”机。

担任“神威”的总工程师时,他对年轻人照顾有加,非常乐于听取年轻人“天马行空”的创新想法,有时候还会带一些巧克力给大家,在技术攻关进入关键阶段,为大家打气、加油。

“研制一代机器,造就一批人才”,是他一生恪守的人才培养原则。他常说,计算机是年轻的学科,也是年轻人的事业。多年来,他不遗余力地培养新人,提拔和扶植了一批计算机工程技术的青年专家。他们中多人成为中国科协“求是”实用工程奖、中国青年科学家奖的获奖者,有的成为工程院院士。

他以博大的胸怀和广阔的视野,打破用人论资排辈的观念和做法,不拘一格,唯才是举。他委任的50个主管、副主管设计师平均年龄只有28岁,这在当时我国大型计算机研制工程中绝无仅有。

2003年2月28日,2002年度国家最高科学技术奖得主金怡濂在北京人民大会堂举行的中国科学技术奖励大会上发言。(新华社记者樊如钧摄)

金怡濂院士在查阅资料。

他从不居功,获得国家最高科学技术奖、笼罩在光环之下时,他淡淡地说,是党和国家的事业成就了自己,是母校的师长培养了自己,是“神威”这个英雄团队托举了自己。

尽管金怡濂已年逾九旬,关注、支持下一代巨型机的发展,仍是他每天生活的重心。

参考文献

吴昊:《金怡濂:“中国速度”缔造者》,《科学新闻》,2012年第6期。

余玮:《金怡濂:较量天公逞“神威”》,《科教文汇》,2005年第2期。

张慧:《金怡濂院士:“巨型机之父”的朴素人生》,《今日科苑》,2017年第3期。

科学家名言

我们必须跨越,否则将被世界越甩越远。

——金怡濂

大科学家小故事
哪怕是一个焊点、一枚螺丝钉也要体现世界水平

在我国巨型计算机研发早期,有一件事,让金怡濂刻骨铭心。国家通过艰难的谈判终于花巨资从国外进口一台巨型计算机,却同时还要花钱从对方雇来两个“监工”,不仅怎么用,用在哪儿都要受到严格控制,甚至连开、关机器这样的小事,也得由“监工”亲自来做才行。

高科技领域的竞争向来就是没有硝烟的战场,落后就要挨打,就要受制于人。邓小平1979年的一句话说得十分明白:“中国要搞四个现代化,不能没有巨型机!”

像被点燃的火炬,金怡濂熊熊燃烧。20世纪70年代后期,他和其他科学家一起主持完成了多机并行计算机系统的研制,取得了我国计算机技术的重大突破;80年代中期,他解决了240台处理机互连的难题,实现了我国巨型机向大规模并行处理方向发展,由此开始了我国巨型机研制与国际同步发展的新阶段;90年代,他受命擎起“神威”的帅旗,鼓足力气,向更快的速度发起冲击。

当时国内十亿次巨型机已经问世,参与项目的科技人员甚至排队买菜时都在争论:搞200亿?500亿?但金怡濂已不满足常规的发展,他语出惊人地提出,我们完全有能力造千亿次巨型机!

“我们必须跨越,否则将被世界越甩越远。”这是他甘冒风险、自找苦吃、挑起重担的内在动力,而多年来不断跟踪前沿技术,提出一系列创新性技术理念和手段,使直接攀升千亿次成为可能。

花甲之年的金怡濂决心站在世界巨型机的潮头打造“神威”。“我的要求,哪怕是一个焊点、一枚螺丝钉也要体现世界水平”。为此,他甚至不惜在研制过程中3次调整方案,不断提高“神威”的关键技术指标,第3次调整时,已经到了预定出机的最后阶段。

经过24个课题组、近百名科研人员呕心沥血、历时数年的艰苦努力,“神威”高性能计算机系统终于宣告成功。每秒3840亿次的速度,使它一举闯进世界高性能计算机的前列。 kJ8yWSPOd9HQDLSZENfOKfrJH11WTJc4g0IOoeA1nRLSCDuYGcmMmd6f+cY4tRx7

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