„Galaxy-I“ wird 40 Jahre alt! Vererbung und Transzendenz, der glorreiche Weg des „chinesischen Supercomputings“!

Am 22. Dezember 1983 wurde der von meinem Land unabhängig entwickelte Supercomputer Galaxy-I an der National University of Defense Technology in Changsha, Hunan, vorgestellt. Dies ist ein Supergerät mit bogenförmiger zylindrischer Erscheinung, etwa 2,2 Meter hoch und 2,3 Meter Außendurchmesser. Mit seiner enormen Rechenleistung von über 100 Millionen Gleitkommaoperationen pro Sekunde hat er in den vergangenen 40 Jahren die glorreiche Entwicklungsgeschichte der chinesischen Supercomputer begründet.

Chinas erster „Galaxy“-Supercomputer, der mehr als 100 Millionen Berechnungen pro Sekunde durchführen kann, wurde in Changsha vom Computer Research Institute der National University of Defense Technology erfolgreich entwickelt. (Quelle: Nachrichtenagentur Xinhua)

01Nationale Rechenleistung unterliegt menschlicher Kontrolle

Riesencomputer werden oft auch als Supercomputer bezeichnet. Ihre Rechengeschwindigkeit und Speicherkapazität übertreffen die von gewöhnlichen Computern um ein Vielfaches. Sie können schnell umfangreiche und komplexe Berechnungen durchführen, die für andere Computer nur schwer zu bewältigen sind . Von der Ölförderung und Wettervorhersage bis hin zur Triebwerkssimulation, der Messung und Steuerung von Raumfahrzeugen und der für die nationale Verteidigungssicherheit wichtigen Simulation von Atomtests ... Supercomputer können in allen wissenschaftlichen Forschungsbereichen, die intensives Rechnen und die Verarbeitung großer Datenmengen erfordern, eine unersetzliche Rolle spielen. Es ist keine Übertreibung zu sagen, dass die enorme Rechenleistung von Supercomputern einen Teil der wissenschaftlichen Forschung eines Landes und sogar eine umfassende nationale Stärke darstellt .

In den 1960er und 1970er Jahren entwickelte sich die Supercomputer-Technologie in den USA, Japan und anderen Ländern rasant. Der amerikanische Cray-1 wurde 1976 zum ersten milliardenfachen Supercomputer der Welt und wurde sofort für die Forschung und Entwicklung neuer US-Atomwaffen eingesetzt. In dieser Zeit litt China unter einem Mangel an Hochleistungscomputern, und die wissenschaftliche Forschung, die wirtschaftliche Entwicklung und der Aufbau der Landesverteidigung wurden durch die unzureichende Rechenleistung stark eingeschränkt . Wertvolle Daten aus der Ölförderung müssen zur Verarbeitung ins Ausland geschickt werden, was teuer und zeitaufwendig ist und zu Datenlecks führen kann. Nachdem es große Schwierigkeiten beim Kauf eines Supercomputers aus den USA gab, wurde den chinesischen Experten der Zutritt zum Kontrollraum verwehrt und sämtliche Berechnungen mussten von ausländischem Personal durchgeführt werden.

Wie kann die Rechenleistung des Landes über längere Zeit von anderen kontrolliert werden? Im Mai 1978 hielt die Nationale Kommission für Verteidigungswissenschaft und -technologie Chinas eine Demonstrations- und Kooperationssitzung zu Supercomputerprojekten ab und beschloss, etwa sechs Jahre und 200 Millionen Yuan in die Entwicklung eines Supercomputers zu investieren, der 100 Millionen Berechnungen pro Sekunde durchführen kann. Das Computer Research Institute der National University of Defense Technology übernahm die ruhmreiche und mühsame Forschungs- und Entwicklungsaufgabe. Der Computerexperte Ci Yungui fungierte als Chefdesigner und technischer Leiter und leitete den ersten Schritt bei der Entwicklung von Supercomputern in meinem Land von Grund auf ein.

02Eine mächtige Waffe, die durch Tausende von Tests gehärtet wurde

Die Forschungs- und Entwicklungsaufgabe der Milliarden-fachen Maschine wurde nach dem Datum der Entscheidungssitzung „Projekt 785“ genannt. Während mehrerer Monate intensiver Forschung erlangte das Forschungs- und Entwicklungsteam technische Informationen über den amerikanischen Cray-1-Computer und war überzeugt, dass sein Designkonzept und seine Systemstruktur relativ fortschrittlich und einzigartig waren. Chefdesigner Ci Yungui griff bei der Neugestaltung des Gesamtdesigns auf die fortschrittliche Struktur von Cray-1 zurück. Schließlich entschied man sich für den 785-Computer für eine Dual-Vektor-Array-Architekturlösung, um eine milliardenfach leistungsfähige Maschine zu entwickeln, die sowohl den nationalen Bedingungen als auch dem internationalen Mainstream entsprach .

Vom Start des Projekts im Mai 1978 bis zur nationalen Begutachtung im Dezember 1983 durchlief die Entwicklung des 785-Computers sechs Phasen. Von der Demonstration des Gesamtplans und der Projektvorbereitung, der Entwicklung der Modellmaschine, über die Mainframe-Produktion, das Debuggen des Mainframe-Hardwaresystems, die Entwicklung des Softwaresystems und das gemeinsame Debuggen während des gesamten Projektprozesses bis hin zu Probeberechnungen und der nationalen technischen Bewertung und Beurteilung zur Überprüfung des Projekterfolgs haben die von Professor Ci Yungui vertretenen wissenschaftlichen Forscher fünf Jahre lang hart gearbeitet und die Entwicklungsaufgabe vorzeitig abgeschlossen, wobei sie nur ein Fünftel der ursprünglich geplanten Mittel verwendeten . Auch der neue 785-Computer hatte einen klangvollen Namen : Galaxy-I .

Um zu überprüfen, ob die Ziele des Projekts „785“ vollständig erreicht wurden, führten chinesische Experten äußerst strenge technische Bewertungen des ersten Galaxy-I-Supercomputers durch. Im Juni und September 1982 wurde Galaxy-I erstmals einer Systembewertung durch Benutzereinheiten unterzogen. Im Dezember 1983 organisierte die Kommission für Wissenschaft, Technologie und Industrie zur nationalen Verteidigung ein nationales Bewertungstreffen, und sieben Expertengruppen führten eine umfassendere technische Bewertung des Galaxy-I durch. Bei einer Reihe anspruchsvoller technischer Tests zeigte der Supercomputer Galaxy-I eine überraschend stabile und zuverlässige Leistung:

( 1 ) Das Hardwaresystem ist gut konzipiert und von ausgezeichneter Qualität, wobei unter den mehr als 2 Millionen Lötstellen keine einzige kalte Lötstelle vorhanden ist;

( 2 ) Mehrere Testergebnisse zeigen, dass die Hardware-Vektoroperationsgeschwindigkeit mehr als 100 Millionen Mal pro Sekunde erreicht.

( 3 ) 26 komplexe Rechenaufgaben, bei denen die Zahlen dreimal exakt gleich sind und die Ergebnisse hinsichtlich Richtigkeit und Genauigkeit den Anforderungen voll entsprechen;

( 4 ) Das System lief 150 Stunden lang stabil und ununterbrochen und übertraf damit die Konstruktionsanforderung von 24 Stunden durchschnittlicher störungsfreier Zeit bei weitem.

Am 22. Dezember 1983 bestand der Supercomputer Galaxy-I erfolgreich die nationale Beurteilung, und der Beurteilungsbericht bestätigte, dass „der Galaxy-Computer das erste von China unabhängig entwickelte milliardenfache elektronische Computersystem ist“. Der gut ausgereifte Supercomputer Galaxy-I ermöglichte es China, das technologische Monopol der Vereinigten Staaten, Japans und anderer Länder zu brechen und wurde zu einem der wenigen Länder, das in der Lage war, milliardenfache Supercomputer zu entwickeln.

03Der ewig strahlende „Galaxy“-Geist

Nach erfolgreicher Forschung und Entwicklung produzierte mein Land nacheinander drei Galaxy-I-Supercomputer. Eine Maschine verblieb im Computer Research Institute der National University of Defense Technology und diente dem Wirtschaftsaufbau und der Landesverteidigung. Eine Maschine ging an das Forschungsinstitut des Büros für geophysikalische Erkundung des Erdölministeriums im Kreis Zhuo in der Provinz Hebei und stellte leistungsstarke Rechenleistung für die Verarbeitung seismischer Daten für die Ölexploration bereit. und eine andere Maschine wurde zum Mainframe des Southwest Computing Center in Mianyang, Sichuan, und entwickelte sich zu einem Super-„Modellarbeiter“, der mehr als 8.000 Maschinenstunden pro Jahr läuft und große Beiträge zur technischen Physik, zum wissenschaftlichen Rechnen und zur Berechnung von Luft- und Raumfahrtprojekten leistete.

Die Entwicklung und Anwendung des Supercomputers Galaxy-I haben den großen Wert und die weitreichenden Aussichten der Supercomputerbranche deutlich unter Beweis gestellt. Der „Galaxy Spirit“, der sich für die „Sorge für das Vaterland, die Arbeit in Einheit und Zusammenarbeit, das Streben nach hohen Zielen und den mutigen Kampf“ einsetzt, sowie die im Entwicklungsprozess des Supercomputers Galaxy-I gesammelte Technologie und Erfahrung sind für chinesische Computerforscher zu einer starken Antriebskraft geworden und inspirieren sie dazu, unermüdlich daran zu arbeiten, den Anschluss an das weltweit fortschrittlichste Niveau zu erreichen. Der milliardenfache Supercomputer Galaxy-II und der Exascale-Supercomputer Galaxy-III wurden 1992 bzw. 1997 erfolgreich entwickelt.

Supercomputer „Galaxy-II“ (Quelle: Screenshot des Papers)

Die Serien „Galaxy“ und „Tianhe“ der National University of Defense Technology, die Serie „Shenteng“ der Lenovo Group, die Serie „Shuguang“ von Inspur, die Serie „Shenwei“ des National Parallel Computer Engineering Technology Research Center … Seit den 1990er Jahren ist Chinas Supercomputer-Lager stärker geworden und neue inländische Supercomputer haben das fortgeschrittene Niveau der Welt kontinuierlich herausgefordert.

Im November 2010 erreichte Chinas Supercomputer Tianhe-1A mit seiner bahnbrechenden heterogenen CPU+GPU-Fusionsarchitektur eine Spitzenrechengeschwindigkeit von 4700 Billionen Mal und eine Dauerrechengeschwindigkeit von 25,66 Billionen Mal und wurde damit zum schnellsten Supercomputer der Welt. Chinas Supercomputer erreichten damit historisch die Weltspitze .

Am 29. Oktober 2009 wurde der Supercomputer Tianhe-1 mit einer Spitzenleistung von 12,06 Billionen Mal pro Sekunde von der National University of Defense Technology erfolgreich entwickelt. mein Land ist das zweite Land der Welt, das in der Lage ist, einen Petaflop-Supercomputer zu entwickeln. Das Bild zeigt das Exascale-Supercomputersystem Tianhe-1. (Quelle: Nachrichtenagentur Xinhua)

Forscher führen Systemleistungstests auf dem Supercomputer Tianhe-1 durch (Quelle: Nachrichtenagentur Xinhua)

Von 2016 bis 2017 hielt der mit 40.960 inländischen Prozessoren ausgestattete Sunway TaihuLight zwei Jahre in Folge den Titel des schnellsten Supercomputers der Welt .

Supercomputer Sunway TaihuLight (Quelle: Nachrichtenagentur Xinhua)

Überwachungspanel des Sunway TaihuLight-Supercomputers (Quelle: Nachrichtenagentur Xinhua)

Das Switch-Netzwerkkabel des Supercomputers „Sunway TaihuLight“ (Quelle: Nachrichtenagentur Xinhua)

Im Mittelpunkt des Wettbewerbs in der Supercomputer-Technologie stehen heute weltweit Supercomputer der E-Klasse, die einhundert Billionen Operationen pro Sekunde (ExaFLOPS) ausführen können. „Tianhe-3“ und „Shenwei Ocean Light“ aus meinem Land sind beide starke Anwärter auf den Titel des Supercomputers der E-Klasse.

Exascale-Prototyp „Tianhe-3“ (Quelle: Nachrichtenagentur Xinhua)

Im Handumdrehen sind 40 Jahre vergangen. China begann mit dem schwierigen Bau des Supercomputers Galaxy I und hat sich zu einem der mächtigsten Länder der Welt im Bereich der Supercomputer-Technologie entwickelt. Der „Geist der Galaxie“ ist ebenso wie der „Geist der zwei Bomben und eines Satelliten“ zum gemeinsamen historischen Gedächtnis und geistigen Reichtum der chinesischen Nation geworden.

Autor: Qin Yu, leitender Ingenieur für Computerinformationssystemmanagement, Gewinner des ersten Preises in der Artikelkategorie des Wettbewerbs „Top Ten New Science Popularization Makers“ 2017

Produziert von: Science Popularization China

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