我們這代人，生活比較坎坷，經(jīng)歷過國(guó)民黨統(tǒng)治、抗日戰(zhàn)爭(zhēng)、‘文革’，社會(huì)正面和負(fù)面的好壞對(duì)比，在我們的頭腦里比較清晰。我們選擇個(gè)人道路的余地不是很大，但是，讀了點(diǎn)書，學(xué)了點(diǎn)東西，總希望能干點(diǎn)對(duì)國(guó)家有幫助的事，就會(huì)覺得很高興。

——金怡濂

我們這代人，生活比較坎坷，經(jīng)歷過國(guó)民黨統(tǒng)治、抗日戰(zhàn)爭(zhēng)、‘文革’，社會(huì)正面和負(fù)面的好壞對(duì)比，在我們的頭腦里比較清晰。我們選擇個(gè)人道路的余地不是很大，但是，讀了點(diǎn)書，學(xué)了點(diǎn)東西，總希望能干點(diǎn)對(duì)國(guó)家有幫助的事，就會(huì)覺得很高興。

——金怡濂

前段時(shí)間，科技網(wǎng)組織的科技新聞評(píng)選中，“神威太湖之光”四次問鼎世界超算榜冠軍被評(píng)選為2017十大科技新聞No.1。而它的總設(shè)計(jì)師，正是2003年國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)獲得者——金怡濂。在2016年國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)之前，科技網(wǎng)帶您回顧一下“中國(guó)巨型計(jì)算機(jī)之父”金怡濂的科學(xué)一生。

家風(fēng)與教育鑄就堅(jiān)實(shí)根基

1929 年 9 月，金怡濂出生在一個(gè)知識(shí)分子家庭。金怡濂的父親是留學(xué)美國(guó)的工程師，母親是家學(xué)淵源的大家閨秀。

雖然成長(zhǎng)在動(dòng)蕩的時(shí)代，但父親金奎對(duì)中國(guó)人才智的肯定和認(rèn)可始終沒有變。他用詹天佑、茅以升等人作榜樣，告訴子女，中國(guó)雖然暫時(shí)窮困，但中國(guó)人非常聰明，只要下功夫、肯努力，開動(dòng)腦筋，外國(guó)人能辦到的事情，中國(guó)人也一定能做到。金怡濂稱，父親的話長(zhǎng)久地留在他的腦海中，對(duì)他的治學(xué)生涯產(chǎn)生了莫大的影響。

1935 年，他進(jìn)入天津耀華學(xué)校開始接受啟蒙教育，耀華是當(dāng)時(shí)天津的一流學(xué)校。金怡濂的啟蒙老師善于培養(yǎng)、調(diào)動(dòng)孩子們的興趣，講課時(shí)循循善誘， 借助童話和故事情節(jié)來達(dá)到對(duì)知識(shí)的理解。而讓金怡濂最難忘的校長(zhǎng)趙君達(dá)一位知名教育家，愛國(guó)敬業(yè)，一身正氣，建樹頗豐。1938年6月， 趙校長(zhǎng)遭到了日本特務(wù)的暗殺，他的犧牲，使金怡濂和同學(xué)們悲憤萬分，在他們幼小的心靈中激起了為中華民族崛起強(qiáng)大而努力學(xué)習(xí)的熱情。

進(jìn)入中學(xué)，學(xué)習(xí)難度大了，金怡濂更加刻苦。學(xué)校既重視概率論、排列組合、幾何、物理等數(shù)理方面的教學(xué)，也非常重視語文方面的培養(yǎng)。國(guó)文課中不僅講授《論語》《孟子》《詩經(jīng)》《左傳》等經(jīng)典，同時(shí)也介紹《滕王閣序》《岳陽樓記》等古典名篇。在耀華學(xué)校的12年間，培養(yǎng)了金怡濂愛國(guó)熱忱及對(duì)理科的興趣和偏愛，為他今后事業(yè)的起飛做了良好的鋪墊。

1947年，金怡濂中學(xué)畢業(yè)報(bào)考大學(xué)，同時(shí)被清華大學(xué)、北洋大學(xué)等四所大學(xué)錄取。他首選了清華大學(xué)電機(jī)系。清華大學(xué)非常重視基礎(chǔ)課的教學(xué)，那時(shí)許多知名教授都教一門基礎(chǔ)課和一門專業(yè)課。大一物理共開四班，分別由霍秉權(quán)、王竹溪、孟昭英、余瑞璜教授講授；大二的工程力學(xué)共開兩班，分別由張維和錢偉長(zhǎng)教授講授。教授們特別強(qiáng)調(diào)“基本概念”的理解。如閔乃大教授講課時(shí)，對(duì)理論公式推導(dǎo)總是寫滿了黑板，推演完畢后，他便反復(fù)問學(xué)生是否抓住了“概念”，閔教授認(rèn)為不論問題多么復(fù)雜，推導(dǎo)的公式有多長(zhǎng)，關(guān)鍵是抓住基本概念和理論實(shí)質(zhì)， 其他問題就會(huì)迎刃而解。名教授們講課深入淺出，生動(dòng)形象，金怡濂感到很“過癮”，聽后受益很大。雖然當(dāng)時(shí)用的教材并不太深，但師生互動(dòng)，學(xué)生學(xué)得比較“透”，加之學(xué)校嚴(yán)把考試關(guān)，不及格要重修。因此，學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)、思維能力、創(chuàng)新能力得到了很好的培養(yǎng)。

動(dòng)蕩年代研制大型機(jī)

金怡濂大學(xué)畢業(yè)后，服從國(guó)家分配，被派到上海的中國(guó)電話公司工作。他在工作中的表現(xiàn)和與計(jì)算機(jī)接近的專業(yè)背景為他贏得了去莫斯科深造的機(jī)會(huì)。

當(dāng)年年底，金怡濂抵達(dá)莫斯科， 被分配到蘇聯(lián)科學(xué)院精密機(jī)械與計(jì)算技術(shù)研究所進(jìn)修學(xué)習(xí)。當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)的計(jì)算機(jī)技術(shù)比較先進(jìn)，運(yùn)算速度達(dá)2萬次/秒。金怡濂在留學(xué)期間學(xué)習(xí)非?？炭嗲趭^，據(jù)他回憶說：“我們當(dāng)時(shí)住在莫斯科南邊的蘇聯(lián)科學(xué)院研究生宿舍，而研究所在北邊。 每天早晨，我們很早就起床， 先倒兩次公交車，再坐地鐵， 爾后又轉(zhuǎn)乘公交，路上一般要花上一個(gè)半小時(shí)。我們?cè)谀抢镏饕亲鲆恍┯嘘P(guān)新型加法器方面的實(shí)驗(yàn)，回宿舍的時(shí)候就 借些資料學(xué)習(xí)，盡管很累，但 仍常常學(xué)到深夜。”由于忙，在莫斯科呆了一年半的金怡濂，居然從沒聽過《莫斯科郊外的晚上》《紅莓花兒開》等風(fēng)靡全蘇聯(lián)且唱紅到中國(guó)的名曲。

進(jìn)修完的金怡濂回到國(guó)內(nèi)想有所施展，迎接他的卻是“大躍進(jìn)”的浪潮。

金怡濂只回原單位和領(lǐng)導(dǎo)報(bào)了到，就奔赴位于中關(guān)村的中科院計(jì)算機(jī)所，參加我國(guó)第一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)104機(jī)的研制，作為技術(shù)骨干沖在了研制第一線。

留學(xué)蘇聯(lián)時(shí)期的金怡濂

當(dāng)時(shí)，計(jì)算機(jī)所的集體宿舍還沒有建成，金怡濂就住在計(jì)算機(jī)所大樓5層的一個(gè)空房間里，同住的還有20多位同事。工作之余，他還要和同事到馬路、工地上撿廢鐵，供所內(nèi)的小高爐煉鋼。除此以外，金怡濂幾乎所有時(shí)間都待在機(jī)房里。1958年9月，104機(jī)進(jìn)入機(jī)房安裝階段，每個(gè)插件都有數(shù)量可觀的焊點(diǎn)，金怡濂時(shí)任機(jī)房值班長(zhǎng)，為了排查虛焊問題，他想了很多點(diǎn)子。除了目視觀測(cè)，還要用榔頭敲，用木片劃拉。金怡濂認(rèn)為，成型的104機(jī)整體質(zhì)量很好，與排查虛焊的工夫到家有不可分割的關(guān)系。他也進(jìn)一步體會(huì)到，計(jì)算機(jī)是個(gè)特別的東西，工藝質(zhì)量和設(shè)計(jì)質(zhì)量都至關(guān)重要。

經(jīng)過多輪調(diào)試，1959年國(guó)慶節(jié)期間，104機(jī)正式宣布完成，中國(guó)有了第一臺(tái)平均浮點(diǎn)運(yùn)算速度達(dá)到每秒1萬次的大型計(jì)算機(jī)。我國(guó)第一顆原子彈的相關(guān)科學(xué)計(jì)算，就是由104機(jī)完成的。不過金怡濂并沒有參與104機(jī)最后的調(diào)試。1959年初，他被原單位召回，開始參加總參某研究院代號(hào)為“5號(hào)”的大型計(jì)算機(jī)研制工作，并擔(dān)任邏輯設(shè)計(jì)組的副組長(zhǎng)，同時(shí)擔(dān)任運(yùn)算控制分組的分組長(zhǎng)。

1963年4月，金怡濂所在的研究所轉(zhuǎn)移到西南山區(qū)，這一去就是 20 年。 艱苦的生活環(huán)境和研究條件，特別是當(dāng)時(shí)的“不懂ABC，照樣能造計(jì)算機(jī)” 等錯(cuò)誤言論的沖擊，沒有影響金怡濂他們?yōu)閲?guó)家研制新型計(jì)算機(jī)的信念和決 心。山區(qū)生活艱苦是小事，關(guān)鍵是科研條件太艱苦。當(dāng)時(shí)國(guó)家電子工業(yè)基礎(chǔ) 薄弱，大型機(jī)研制舉步維艱：一些元器件由玩具廠生產(chǎn)；數(shù)以萬計(jì)的組件， 要靠鉗子、螺絲刀、電烙鐵，一個(gè)一個(gè)組裝起來。由于地處偏僻，參考資料 也極其匱乏。為查詢資料，金怡濂要跑上海、北京等地。為此，得先在崎嶇的山路坐大卡車顛簸半天，然后擠上列車，在硬座車廂里度過兩三個(gè)晝夜的旅途。查完資料，匆匆背上一大包同事們讓他捎帶的肥皂、牙膏、糖果回到大山里，繼續(xù)他的研制工作。由于國(guó)外對(duì)技術(shù)的封鎖，大型計(jì)算機(jī)全靠我國(guó) 自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)，金怡濂主要負(fù)責(zé)硬件部分的設(shè)計(jì)把關(guān)，每一張圖紙都自行設(shè)計(jì)繪制，一臺(tái)機(jī)器下來，圖紙不下數(shù)萬張，摞起來像個(gè)小山。

當(dāng)時(shí)孩子還很小，妻子也是搞計(jì)算機(jī)的，兩人常常連星期天也不能顧及孩子，他說不清楚自己的孩子是如何長(zhǎng)大的。條件的艱苦更激發(fā)了金怡濂創(chuàng)新的活力，他提出并指導(dǎo)研制成功了穿通進(jìn)位鏈高速加法器，把多項(xiàng)并行技術(shù)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)中， 實(shí)現(xiàn)了由單機(jī)向并行機(jī)器轉(zhuǎn)化，研制的計(jì)算機(jī)居全國(guó)先進(jìn)水平。到了20世紀(jì)70年代初，金怡濂在國(guó)內(nèi)首次提出了雙處理機(jī)體制，實(shí)現(xiàn)了并行處理和結(jié)構(gòu)多重化等理念，在他與同事的共同主持下，完成了大型晶體管通用計(jì)算機(jī)、大型集成電路計(jì)算機(jī)的研制，把我國(guó)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度提升到350萬次/秒， 實(shí)現(xiàn)我國(guó)計(jì)算機(jī)研制技術(shù)的一次次重大突破。

攀登巨型機(jī)高峰

“文化大革命”結(jié)束后，“尊重知識(shí)、尊重人才”成了社會(huì)的主流思潮，重新煥發(fā)出科研活力的金怡濂成了我國(guó)大型機(jī)研發(fā)領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊。

2010年9月10日，金怡濂到河南博物院參觀

1978年3月，金怡濂在第一次全國(guó)科學(xué)大會(huì)上首次意識(shí)到科學(xué)研究的春天即將到來。而科學(xué)的發(fā)展要從開闊眼界開始。是年5月，金怡濂等5名大型機(jī)專家專門赴美國(guó)和日本進(jìn)行考察，除了計(jì)劃購買一臺(tái)大型機(jī)，也希望對(duì)世界上的計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展能有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)。這次行程雖然收獲不小，也讓他們清醒地認(rèn)識(shí)到了差距。

隨著高性能計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)行業(yè)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了新的飛躍。鄧小平表示，中國(guó)要搞四個(gè)現(xiàn)代化，不能沒有巨型機(jī)。905工程億次機(jī)的研制很快提上了日程。

從905乙機(jī)每秒350萬次的運(yùn)算速度直接提升到每秒1億次，是個(gè)不小的挑戰(zhàn)。金怡濂是905工程億次機(jī)主機(jī)的研制負(fù)責(zé)人。1986年5月，項(xiàng)目正式完成并通過了國(guó)家鑒定。905整機(jī)國(guó)產(chǎn)元器件占85%，有著很高的國(guó)產(chǎn)化水平，金怡濂等人也獲得了國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。

金怡濂多次講過一個(gè)故事：20世紀(jì)80年代，我國(guó)花巨資進(jìn)口了一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)，卻附帶了兩名“監(jiān)工”——中方工作人員受到種種限制，比如不能將計(jì)算機(jī)另作他用，不能接觸機(jī)倉內(nèi)的核心部件，只能由外國(guó)監(jiān)工操作開機(jī)關(guān)機(jī)流程等。機(jī)房?jī)?nèi)的控制室都是“中方人員禁止入內(nèi)”的。這讓金怡濂大感屈辱，他由此深刻地認(rèn)識(shí)到，高科技是花錢買不到的，必須發(fā)展中國(guó)自己的巨型機(jī)，否則只能受制于人。

當(dāng)我國(guó)研制成功運(yùn)算速度達(dá)到每秒1億次的巨型機(jī)時(shí)，世界上運(yùn)算速度最快的巨型機(jī)已經(jīng)能達(dá)到每秒200億次。金怡濂擔(dān)任研究所的所長(zhǎng)后，希望在最短的時(shí)間內(nèi)縮短差距，迎頭趕上。1985年，他主持研制10億次主機(jī)的方案時(shí)，意識(shí)到閉門造車是無法跟上科技發(fā)展速度的，必須與國(guó)際接軌。因此他決定新機(jī)型使用國(guó)際通用的32位處理器芯片，向大規(guī)模并行計(jì)算機(jī)發(fā)展。這一決定確定了中國(guó)巨型機(jī)未來的發(fā)展方向。

在10億次機(jī)之前，研究所的幾代機(jī)型都采用自主研發(fā)、自力更生的思路，與國(guó)際的兼容性差，而且研制和生產(chǎn)效率低。這一次，金怡濂和他帶領(lǐng)的科學(xué)家開始“放眼看世界”，瞄準(zhǔn)世界最先進(jìn)的軟硬件技術(shù)，并力圖在其基礎(chǔ)上推陳出新。最終在1991年底，我國(guó)第一臺(tái)10億次巨型機(jī)系統(tǒng)研制成功。

1992年，國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心成立，金怡濂擔(dān)任該中心的主任。雖然離開了巨型機(jī)研制的第一線，但是他肩負(fù)起了對(duì)巨型機(jī)戰(zhàn)略性研究的新使命。

老驥伏櫪展“神威”

隨著國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研制中心的成立，新一代巨型機(jī)“神威”立項(xiàng)申請(qǐng)?zhí)嵘狭巳粘蹋陔S后的“神威”機(jī)研制方案論證會(huì)上，金怡濂提出的“以平面格柵網(wǎng)為基礎(chǔ)的分布式”設(shè)想，與預(yù)研小組提出的“集中主存模式”成為會(huì)場(chǎng)上熱議的話題，兩種方案分別有支持者，討論十分熱烈。

到1992年深秋的第四次“神威”研制方案討論會(huì)上，預(yù)研小組已經(jīng)將運(yùn)算速度提高到了500億次，與會(huì)代表也認(rèn)為這個(gè)方案雖然有技術(shù)困難，但基本可行。就在波瀾不驚的討論即將圓滿落幕時(shí)，主持會(huì)議的領(lǐng)導(dǎo)突然提出了一個(gè)當(dāng)時(shí)看來頗為大膽的想法：如果跨越百億級(jí)別，直接讓這臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度邁上千億級(jí)的臺(tái)階，是否可行？

金怡濂夫婦

與會(huì)者陸續(xù)發(fā)言，紛紛強(qiáng)調(diào)技術(shù)上面臨的困難，認(rèn)為直接研制千億級(jí)的計(jì)算機(jī)短期內(nèi)并不可行。

金怡濂卻認(rèn)為中國(guó)具備研制千億級(jí)計(jì)算機(jī)的能力，而且只有下定決心，才能夠挺立潮頭。在當(dāng)時(shí)的情境下，金怡濂自稱“絕對(duì)的少數(shù)派”。

金怡濂回到家，和夫人陳敬說起了白天會(huì)場(chǎng)上的情景。陳敬埋怨他“如今身份變了，又不具體管事，還那么較真兒”，金怡濂回答，“現(xiàn)在是我國(guó)巨型機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵當(dāng)口，提一點(diǎn)有價(jià)值的參考意見，也是應(yīng)該的。”當(dāng)天晚上，金怡濂一直待在書房，查找資料論證研制千億級(jí)計(jì)算機(jī)的可行性。

又經(jīng)過了幾輪論證，直接制造千億級(jí)機(jī)的方案基本被確定下來，金怡濂則被指定為“神威”的總設(shè)計(jì)師。這個(gè)任命雖然出乎金怡濂的預(yù)料，但是他本著要么不干，要干就干好的精神，扛起了這桿帥旗。

在金怡濂看來，1000億次是一個(gè)具有分水嶺意義的指標(biāo)。他在這臺(tái)機(jī)器上嘗試了設(shè)想的“分布共享存儲(chǔ)”方案，也就是在每個(gè)處理器旁設(shè)一個(gè)存儲(chǔ)器，使用頻率高的數(shù)據(jù)就近存取、縮短訪存時(shí)間。這個(gè)方案將分布和共享兩種存儲(chǔ)方式的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，再加上平面格柵網(wǎng)的互聯(lián)技術(shù)，保證了“神威”計(jì)算速度進(jìn)入千億次的可行性。這種結(jié)構(gòu)幾年后在國(guó)際上流行，被稱為NUMA結(jié)構(gòu)。包括NUMA在內(nèi)，“神威”采用的很多關(guān)鍵技術(shù)，當(dāng)時(shí)都處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

1994年，中國(guó)工程院成立，金怡濂當(dāng)選為首屆工程院院士。

從1993年起，美國(guó)勞倫斯·伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、田納西大學(xué)和德國(guó)曼海姆大學(xué)每年進(jìn)行兩次全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)評(píng)比。這個(gè)排行榜迅速成為行業(yè)內(nèi)的風(fēng)向標(biāo)。金怡濂要求“神威”出機(jī)時(shí)能夠進(jìn)入世界先進(jìn)行列，最直觀的指標(biāo)就是在Top500榜上有名。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，他先后多次結(jié)合計(jì)算機(jī)行業(yè)的國(guó)際新成果，調(diào)整“神威”的方案，以便提高其關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)。當(dāng)“神威”進(jìn)入整機(jī)調(diào)試階段后，金怡濂再次把握機(jī)會(huì)，擴(kuò)大規(guī)模，將“神威”的運(yùn)算速度從1000億次一舉提高到每秒3000億次以上。

1996年9月下旬，“神威”正式出機(jī)。測(cè)試結(jié)果，“神威”的峰值運(yùn)算速度達(dá)到了每秒3120億浮點(diǎn)結(jié)果。在隨后的鑒定會(huì)上也得到了37名鑒定委員的一致認(rèn)可。為了這個(gè)完美的成績(jī)，年近七旬的金怡濂經(jīng)常加班到凌晨，回到家要在沙發(fā)上躺半個(gè)小時(shí)才有力氣說話。

“能干點(diǎn)對(duì)國(guó)家有幫助的事，就會(huì)覺得很高興”

在“神威”成功后，金怡濂又主持了“神威Ⅱ”的研發(fā)。他用“神威Ⅰ”建立模擬環(huán)境，對(duì)新機(jī)型展開20天的監(jiān)測(cè)，開創(chuàng)了用上一代巨型機(jī)模擬新一代巨型機(jī)的先河。用液冷代替風(fēng)冷也是金怡濂在“神威Ⅱ”上的一大創(chuàng)新。

2001年底，“神威Ⅱ”終于問世，運(yùn)行速度達(dá)到每秒13.1萬億次，系統(tǒng)效率達(dá)75%，超過了當(dāng)時(shí)世界上排名第一的計(jì)算機(jī)58.8%的效率指標(biāo)。機(jī)器體積和能耗等指標(biāo)也處于國(guó)際先進(jìn)水平。從“神威”系列開始，中國(guó)制造的超級(jí)計(jì)算機(jī)正式在Top500找到了立足之地，打破了美日壟斷榜單前列的局面。

2003年2月，金怡濂在第三屆國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上獲得了最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。作為技術(shù)顧問，他又開始積極參與國(guó)產(chǎn)CPU芯片的研制和開發(fā)，并指導(dǎo)了使用“中國(guó)芯”的“神威·藍(lán)光”高性能計(jì)算機(jī)的研制。

2013年1月26日，中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)（CCF）將2012“CCF終身成就獎(jiǎng)”授予金怡濂，而在金怡濂看來，這個(gè)“終身成就獎(jiǎng)”只是一個(gè)階段性的總結(jié)，內(nèi)涵是“以資鼓勵(lì)，繼續(xù)努力”。

文章來源：綜編科學(xué)家與創(chuàng)新中國(guó)STI公眾號(hào)