国防科技大学为北斗研制出灵敏的“大脑”

2014-10-05 00:30:30来源: 中国广播网 关键字:国防科技大学  北斗
  国防科技大学计算机学院作为我军信息化建设的排头兵,着眼我军战斗力生成模式转变和“能打仗”、“打胜仗”战略需求开展科研活动,先后成功研制银河/天河系列超级计算机、飞腾系列芯片等一大批重大科研成果,其中天河二号超级计算机连续三次夺得世界超级计算TOP500冠军,为加快推进中国特色军事变革,加速实现我军现代化建设提供了重要的战略支撑。

  封闭式攻关创奇迹

  “天河一号”工程启动后,总设计师杨学军决定带领带团队走别人没有走过的路,在世界上率先采用CPU+GPU异构融合体系结构,利用GPU加速通用应用程序运行。

  但如何发挥GPU计算性能,是个举世公认的科学难题。“天河一号”总师组就破解这个难题的艰巨任务交给了杨灿群带领的课题组。他们组成CPU+GPU异构系统后,测算发现在图形处理中有着强大计算能力的GPU整体计算效率只有20%左右,尽管达到了当时国际先进水平,却远远达不到“天河一号”所需的计算效率。

  在这关键时刻,杨灿群发扬银河精神,带领课题组带来到远离市区、四面环山的市抗洪抢险指挥中心开展封闭式攻关,开展GPU计算效能优化研究。他们不会客、不外出、不看电视,每天只做一件事:一遍遍演示程序,眼睛紧紧盯着屏幕,从那些不停滚动的浩如烟海的数据中,寻找一个个稍纵即逝的灵感,捕捉一次次优化GPU计算效能的机遇,然后对计算程序改了一遍又一遍。

  那周,杨灿群与战友们和往常一样,从早上7点盯到午夜,从周一盯到周五,竟然没有发现一次战机,没有取得任何战果。连续鏖战数日,早已筋疲力尽的杨灿群,躺在床上辗转反侧,难以入眠,那些数据尤如一群蜜蜂,在眼前不停地窜来窜去。闭上眼睛,满脑子还是那些波涛般滚动的数据。他于心不甘。往常从周一到周五,都能找到性能优化突破口,然后利用周末时间研究优化方法。突然,他隐隐觉得眼帘上滚动的一些数据低于设计目标。他一骨碌从床上爬起来,从家里跑到办公室,打开与服务器相联的笔记本电脑,进入试验数据库,果然发现GPU一部分计算资源没有用起来。兴奋难抑的杨灿群,立刻着手程序优化。当他改完程序进行试算,GPU计算性能又一次提升,起身打开房门时,只见太阳爬上了山顶,露出灿烂的笑脸,小鸟在树林里欢快地舞蹈,发出清脆的啁啾。

  类似这样的优化改进,他们在两个月里进行了一万多次,终于把GPU计算效能提升到58%,充分展示了“天河一号”CPU+GPU技术的光明前景。

  杨灿群带领大家继续冲刺,乘胜扩大战果,不分昼夜反复测试、研讨、改进,虽然每一次提升都如同滴水般微小。但他们连续奋战四个月,先后改进优化8万余次。8万多“水滴”汇集起来,创造了一个科学奇迹:GPU计算效能跃升至70%以上,为“天河一号”横空出世并冲刺世界领先水平扫清了障碍。

  2010年11月,世界超级计算机排行榜Top500发布,“天河一号”登上世界之巅,持续性能达到2.566千万亿次,是排名第二的美国超级计算机的两倍多。

  研制我军装备“中国芯”

  高性能微处理器(CPU),是决定计算机运算速度、总体性能的关键器件,是超级计算机攻关的核心关键技术,也是西方发达国家严密封锁的高端产品。

  为打破西方国家的技术封锁,早在20世纪70年代,国防科技大学就开始高性能微处理器技术自主创新之路,研制出一系列专用集成电路和“飞腾”微处理器。

  1999年,我军某重大装备研制进入关键阶段。这时,以美国为首的西方国家突然宣布对我国急需的高性能电子中枢控制系统实行严格的技术封锁和关键元器件禁运,使该装备研制工作陷入进退维谷的尴尬境地。

  为打破西方超级大国对我国技术封锁和关键芯片禁运,改变中枢控制系统关键元器件受制于人的被动局面,总装备部决定紧急启动国产高性能电子中枢控制系统关键元器件研制。

  计算机学院高性能微处理器创新团队临危受命,承担起研制微处理器型号工程任务,成立了由卢锡城总指挥、李国宽总师、陈书明副总师、孙锁林副总师等组成的行政、技术和质量指挥管理线,抽调胡封林等20多名技术骨干组成了攻关突击队。

  他们攻克了一个个技术难关,解决了一道道技术难题,成功研制出型号芯片。

  鉴定会上,以三位院士为首的鉴定委员会这样评价:“该芯片研制成功,在微处理器体系结构和逻辑设计的兼容技术,CMOS定制设计技术等方面,推动了国内微处理器技术进步,填补了国内空白,对打破受制于人的局面有着重要的意义。”

  他们研制的型号微处理器,大批量应用于我军现代化建设,获得国家科技进步二等奖、军队科技进步一等奖。

  21世纪初,为迎接世界军事变革,我军建设急需自主研制高性能CPU。学校高性能微处理器创新团队再次临危受命,承担起研制重任。他们在国外对有关资料严格封锁的情况下,100多个研制人员,从总师到图纸设计员,每周七个工作日,每天工作十几个小时,艰苦奋战5年,突破了体系结构、图纸设计、实现技术等环节的一系列关键技术,完成了该型号芯片研制,创造了3个“中国之最”:国内最早实现超标量CISC体系结构的微处理器,国内最复杂、最大规模的微处理器超深亚微米全定制设计技术,国内最早实现全定制微处理器时序建模与时序分析技术。

  2007年,该成果获军队科技进步一等奖,2008年再获国家科技进步二等奖。

  2009年,在国家“核高基”专项课题的支持下,国内首款抗辐照高性能数字信号处理器研制项目立项。陈书明带领创新团队开始了攀登国内首款宇航级高性能DSP芯片的攻关。

  近年来,高性能微处理器创新团队,成功突破高性能微处理器体系结构、超深亚微米集成电路设计、抗辐照和高可靠性军用微处理器设计等若干关键技术,先后研制成功通用CPU、嵌入式CPU、DSP、高性能计算机芯片组等大规模集成电路,填补了多项国内空白,打破了国际封锁,成功支撑了超级计算机研制,为我军信息化建设作出了突出贡献。

  为重大军事活动借“东风”

  “超级计算机研制难,应用起来更难。”这是世界超级计算机领域的共识。超级计算机应用之所以“更难”,是因为超级计算机技术与应用领域之间横亘着一条条难以逾越的学科鸿沟,它导致世界超级计算机使用效率普遍偏低。

  计算机学院计算机应用创新团队瞄准这一世界难题,大胆进行大学科交叉研究,为超级计算机应用架起一座座金桥,使超级计算机在核物理、地质勘探、航空航天、生物医药、生命科学等广泛领域得到了成功应用,其中在军事军事天气预报领域的应用,直接为提升我军战斗力作出贡献。

  天气预报在战争中是制胜的重要因素。三国时期,诸葛亮巧借东风,成就了战争史上的经典战例——“赤壁之战”。在第二次世界大战莫斯科保卫战中,德军于1941年6月22日突然向苏联发动进攻。此前德国气象人员的长期天气预报表明,这一年苏联的冬季将来得较早而且较往年严寒。但希特勒在没有采取有效防寒措施的情况下,就下令迅速向苏联展开全面进攻,并于10月初开始实施莫斯科战役。11月初,寒潮果然比往年提前到来了,一个月后,莫斯科气温已降至零下40摄氏度,德军坦克因燃料和冷却水冰冻,无法启动。每个步兵团的非战斗减员在四、五百人以上。而苏联红军统率部采纳了天气预报专家的建议,做好了战斗装备和人员防寒措施,最终取得了莫斯科保卫战的胜利,打破“德意志不可战胜”的神话,开始扭转第二次世界大战局势。

  20世纪90年代中后期,宋君强开始带领团队开展军用天气预报技术研究,成功突破高效分布式并行算法设计与实现等一系列关键技术,仅用一年半时间,便完成了国外同行需要三年时间才能完成的大型分布式并行应用软件系统,建立了我军第一代军用数值天气预报系统,实现了我军中期数值天气预报零的突破。此后,他又带领大家先后完成了空军航空中期数值天气预报业务系统、全球中期数值天气预报系统、边界层高分辨率数值天气预报系统。

  “十一五”期间,他带领团队针对制约我军用天气预报科技发展的瓶颈——全球资料四维变分同化技术,进行了艰苦探索,解决了多分辨率增量四维变分同化、卫星辐射率资料直接同化和切线性/伴随模式等技术难题,成功研制了我国第一个业务化全球气象资料四维变分同化系统;瞄准国际数值天气预报科学主流方向——全球预报模式,突破了高分辨率全球模式等系列关键技术,成功研制出我军第二代全球预报业务模式。在此基础上,研制成功第二代军用数值天气预报系统。该系统的预报准确率与欧美气象强国相当。

  然后,宋君强又将探索的目光瞄准了临近空间,是多项临近空间环境预报技术研究项目负责人,项目研究已取得阶段性成果,成功地将我军气象保障范围由对流层拓展至临近空间中下部。

这些系统的预报产品,已成为
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关键字:国防科技大学  北斗

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2014/1005/article_37347.html
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