湖南夺得25项2014年度国家科技大奖

湖南夺得25项国家科技大奖

国防科大领衔完成的“天河一号高效能计算机系统”项目获国家科技进步奖特等奖

张尧学主持完成的“网络计算的模式及基础理论研究”项目获国家自然科学奖一等奖

湖南日报1月9日讯(记者胡宇芬周小雷通讯员段爱珍王握文于冬阳)今天在北京举行的国家科学技术奖励大会上，由我省单位主持和参与完成的25项成果获奖。其中，国防科大领衔完成的“天河一号高效能计算机系统”项目获国家科技进步奖特等奖，是我省第二次获得该奖项;清华大学教授、现任中南大学校长张尧学主持完成的“网络计算的模式及基础理论研究”项目获国家自然科学奖一等奖，是新中国成立以来计算机领域第二次斩获此奖项。

“天河一号高效能计算机系统”2009年在国家超算天津中心投入运行，向国内外用户开放使用。该项目已构建起材料科学与工程计算、全数字设计与装备制造等六大应用服务平台，先后在基因分析与测序、大型飞机和高速列车设计、生物医药等方面发挥了重要作用，取得了显著的经济效益和社会效益。

“网络计算的模式及基础理论研究”项目，把计算机体系结构与计算模式的创新与社会重大需求紧密结合，在国际上率先提出被国外同行称为“先于云计算、包含云计算”的网络计算模式——“透明计算”，开辟出新的计算时代，将操作系统和应用程序变成让用户能随时随地获取的服务。

其他23项获奖成果涉及国家自然科学奖、国家技术发明奖、国家科技进步奖三大奖项。由湖南大学谭蔚泓主持完成的“功能核酸分子识别及生物传感方法学研究”项目，获得国家自然科学奖二等奖。由三一集团易小刚主持完成的“高速重载工程机械大流量液压系统核心部件”等3个项目，获得国家技术发明奖二等奖。19项成果获国家科技进步奖，其中1项获一等奖、7个项目获二等奖。

勇攀巅峰

——写在“天河一号”获得国家科技进步奖特等奖之际

图：天河一号超级计算机系统。 通讯员摄

1月9日，2014年度国家科技进步奖评奖揭晓，由国防科技大学计算机学院研制的我国首台千万亿次超级计算机系统——“天河一号”获得特等奖。

此刻，在位于湖南大学校内的国家超级计算长沙中心，“天河一号”一如往常地高速运转，指示灯频频闪烁，繁忙运算发出的蜂鸣声，仿佛演奏着一曲自主创新攀高峰的凯歌。

当今世界，超级计算机被视为高技术的战略制高点，是衡量一个国家综合国力的标志，面对国际超算领域的严峻挑战和我国对高性能计算的迫切需求，国防科大计算机学院瞄准前沿，积极展开千万亿次级超级计算机系统的基础研究与技术攻关，相继突破了一系列核心关键技术，毅然吹响了向千万亿次超级计算机进军的集结号。

湖南日报记者周小雷

通讯员王握文于冬阳

为国受命，将五星红旗插上超算世界之巅

超级计算一直是西方发达国家垄断的领域。天河团队中的任何一员，都不会忘记这段令国人蒙羞的往事：上世纪70年代末，我国某研究所从国外进口了一台高性能计算机，外方以保密为由，要求为这台机器建一个“玻璃房子”，不让我方技术人员进入……

“中国要搞四个现代化，不能没有巨型计算机!”1978年，邓小平同志把研制巨型计算机的任务交给国防科大时，语出振聋发聩。从此，天河团队的“超算梦”就与实现中华民族伟大复兴的“中国梦”紧紧连在了一起。

以慈云桂教授为代表的科研人员为国受命。他们艰苦探索、艰难攻关，仅用5年时间就研制出我国第一台被誉为“争气机”的亿次巨型计算机，使我国成为继美国、日本之后能够独立设计和制造巨型机的国家。

从“银河”到“天河”，天河团队逐梦超级计算世界之巅的脚步匆匆。2005年，国内超级计算机才刚刚突破10万亿次，天河人就吹响了进军千万亿次超级计算机系统、抢占超级计算战略制高点的冲锋号。当我国将发展高端信息技术列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要》时，国防科大计算机学院凭借充分的技术储备和可行的研制方案，成功申报了“千万亿次高效能计算机系统研制”国家“863”计划重大项目。经科技部批复，该校与天津滨海新区达成科技合作协议，联合建设以千万亿次计算机为业务主机的国家超级计算天津中心。

“天河一号”总指挥、总设计师、国防科大校长杨学军院士说：“这次冲锋，是天河人对世界科技革命发展趋势的深刻洞察，是瞄准国家发展战略需求的壮丽出征。”

这次出征，天河团队创造了CPU和GPU相结合的异构融合计算体系结构，突破了一系列核心关键技术，研制成功了4700万亿次“天河一号”超级计算机，2010年11月，首次将五星红旗插上超级计算的世界之巅。

国之重器，助力国计民生大发展

“天河一号”研制成功后，迅速在国家超级计算天津中心、长沙中心和广州中心投入运行，广泛应用于大科学、大工程以及产业升级和信息化建设，在石油勘探、生命基因、新材料、气候变化与气象预报等20多个领域获得成功应用，取得显著经济和社会效益。

谈起“天河一号”的优越性能，国防科大计算机学院院长廖湘科自豪地说：“这是国家战略需求牵引、任务使命驱动所创造的奇迹。与国外同类先进超级计算机系统相比，天河一号的计算速度领先，互连技术领先，计算密度领先，应用面更广。”

依托4700万亿次每秒的超级运算速度，“天河一号”真正实现了“算天、算地、算人”。

生活在现代的人们，离不开石油几乎像离不开水一样。可石油在哪呢?一想到这个问题，人们的头脑中就会出现背着沉重设备的地质勘探人员，拿着小铁锤在江河湖畔的岩石间敲敲打打的场面。快速发展的计算机技术早已把这种原始的“找油”方法送进了历史博物馆。运用“天河一号”对人造地震波的反射数据进行科学计算，建立大范围三维地质模型，就可以还原某地区的地质构造，进而确定石油、天然气的具体方位及储量。

国家超算天津中心与国内相关研究机构强强联合，成立了“天河石油物探计算中心”，成功设计出拥有完全自主知识产权的石油三维立体偏移软件，扭转了在该领域受制于人的局面，推动了产业技术进步与协同创新。

基于“天河一号”的这些技术优势，中石油东方地球物理公司先后完成了多块上千平方公里的大连片、高频次覆盖的大数据项目。

国家超算天津中心主任刘光明告诉记者，“天河一号”目前有重点用户600多家，每天有1000多个计算任务在“天河一号”上运行，平均利用率达到82%，其应用水平进入世界先进行列。

2014年8月28日，国家超级计算天津中心举行天河建筑信息模型(BIM)产业园揭牌暨天河建筑信息云平台发布仪式，这是我国首次以超级计算机为平台，建成的第一个集建筑规划、三维设计、造价精算、模拟分析、施工管理、运行维护等于一体的建筑信息模型产业园，标志着天河超级计算机推广应用又迈上了一个新台阶。

在国家超算长沙中心，自2011年试运行以来，主要用户已近50家，涉及科学研究、公共服务、工业产业和文化产业等领域。该中心副主任李肯立说，需要用超级计算机的地方很多，最常见的天气预报、城市交通、医疗卫生等等，都离不开它。

“一些大型机械制造企业，经常需要用到超级计算机。”李肯立说，生产长臂起重机、泵车的企业，就需要用超级计算机分析受力情况，国内有些企业以前跟国外合作，现在转到长沙的超算中心，可以节省60%的费用。

超常付出，依靠创新领跑世界

短短几年之内，“天河一号”高性能计算创新团队创造的奇迹让世人震惊。

“‘天河一号’的成功，靠的是研发团队争分夺秒、只争朝夕的超常付出。”科研团队的一位专家告诉记者，强烈的忧患意识和为国争光的责任感，时刻激励着大家。研制的几年时间里，研发人员没有休过完整的周末和节假日，每天都是三班倒，机房1年365天灯火通明。每逢关键技术攻关时，一“闭关”就是大半年，起早贪黑，连家人都见不着。

记者了解到，从实现我国巨型机“零”的突破，到一跃登上世界之巅，国防科大计算机学院这支曾被中央军委授予“科技攻关先锋”荣誉称号的创新团队，付出了艰辛的努力，依靠科技创新在世界高技术领域书写了浓墨重彩的一笔。

“以前，工程领域的研究以团队为主，但基础研究往往是个体行为。有了群体项目的牵引，基础研究和工程研究的人能围绕一个共同目标来提炼课题，基础研究的很多成果直接应用于工程中，而工程中遇到的难题则成了基础研究的课题。”国防科大校长杨学军颇有感触。

当他们按照异构协同的设计思想将两类处理器捆绑起来，第一次进行异构协同计算试验时，GPU只能发挥出20%的计算效率。虽然这是当时的世界水平，但用户依然担心这样的速度无法满足需求。于是，如何提高GPU的计算效能成为群体基础研究的课题。最终，科研人员采用混合语言编程等技术，实现了计算核心异构协同、系统资源有效配置，一举将GPU的计算效率提高到67%。

正是这一加速性能的提高，让“天河一号”以峰值运算速度每秒4700万亿次，拿到世界超级计算机500强排行榜的第一名。

在“天河一号”的研制过程中，每当遇到技术瓶颈时，大家总是群策群力，集智攻关，以至于很多设计思想、创新点子说不清到底该属于谁，成果即便获奖，也只能署少数人的名字。面对荣誉得失，大家总是胸怀坦荡：“能参与这样大的国家工程，我们感到无比自豪。”

张尧学：开启下一个计算时代

——写在“网络计算的模式及基础理论研究”获国家自然科学奖一等奖之际

1月4日，中南大学“透明计算”实验室，张尧学(前排左三)在和学生一起探讨交流。

1月4日，中南大学“透明计算”实验室，大学生在操作和演示基于透明计算的健康信息采集推送系统运用，通过手机就可以随时随地对身体进行健康检查。

本版照片均为湖南日报记者郭立亮摄

湖南日报记者左丹胡宇芬

自世界首台计算机在美国诞生以来，冯·诺依曼结构，即存储程序式结构，一直被奉为计算机体系结构的经典，掌控着整个计算机世界。

60多年后，一位中国科学家对这一经典提出质疑，并在世界上率先提出将计算机数据的储存、运算与管理分离的概念，继而提出“透明计算”的理论。

他，就是张尧学，清华大学教授、中南大学校长、中国工程院院士。

1月9日，北京。在国家科技奖励大会上，张尧学领衔的“网络计算的模式及基础理论研究”，获得国家自然科学奖一等奖。

“先于云计算，包含云计算”

张尧学是一位颇具传奇色彩的人。

这位出生湖南澧县农村的中国科学家，初中毕业后，没上过高中，自学40多天后，一举考上了大学。

大学毕业后，前往日本求学，学成后进入清华大学教书。1994年，年仅38岁的他被破格聘为清华大学教授，轰动一时。

20年过去，58岁的他再次令人瞩目：其领衔研究的科研成果，获得国家自然科学奖一等奖。

也许是不同寻常的经历，赋予了张尧学与众不同的创新气质和勇气。

1991年，尚在清华大学教书的张尧学，对计算机使用的繁琐和复杂表示质疑：能不能让计算机的用户端“瘦身”，让人们使用它更轻便、更快捷、更安全呢?

张尧学的设想虽好，但大家并不怎样看好。因为这意味着要挑战传统的计算机体系结构，尚无人研究，也没有任何资料可借鉴，其难度之大可想而知。

“当时选择这个课题的时候，是一个探险或者说是冒险。因为我们完全没有把握会做出一个什么东西来。” 张尧学院士的学生、 清华大学副研究员周悦芝回忆说。

但张尧学不这样想。他认为创新需要大胆想象，科研只要是以问题为导向，做他人没做过的事，做能够改变世界的事，就值得去探究。尤其是进入互联网时代以来，计算机在使用中出现了很多问题，需要科学家回过头来对计算机的基础理论进行思考和完善。

经过10余年的艰难探索，2004年，张尧学正式提出“透明计算”的概念，其核心是将数据的存储、计算与管理分离，将存储放在服务器端，通过网络以数据流形式及时载入。

这一想法突破了传统的冯·诺依曼结构的束缚，为计算机技术开辟了一个崭新的研究领域和发展方向。

为什么取名透明?

“因为我们希望通过我们的研究，计算机的用户端不仅‘瘦身’了，而且能做更大的事，即通过网络无障碍获取不同操作系统的各种服务。这些软硬件、操作系统对用户都是透明，不是封闭的，所以取名透明计算。”

“透明计算”的提出，比西方的“云计算”概念提出早了3年多的时间。其不仅具有“云计算”所有的特色，而且更安全，更人性化。尤其是它创造的全新概念的“超级操作系统”，解除了操作系统和硬件的捆绑关系。这是革命性的创新，有别于“云计算”。

可以说，透明计算“先于云计算、包含云计算”。

“引领下一个计算时代”

“透明计算”自2004年诞生后，引起国外同行的高度关注。

计算机领域顶级学术期刊刊发论文予以推介，国际第一本云计算杂志还出版了透明计算专辑。30多所国外大学和科研机构对透明计算进行跟踪研究， 200多家主要国际技术媒体进行长篇报道和评论。美国英特尔公司自2007年起，成立专门队伍持续研究并大力推广透明计算。

在世界计算机研究领域，第一次出现由中国科学家原创成果引领研究方向的潮流。

英特尔高级副总裁詹睿妮评价：“透明计算将引领下一个计算时代。”

为何是透明计算?

在移动互联网和大数据时代，全球每天都有海量的数据信息产生，传统的单机计算机，不得不频繁升级换代，存储的东西也越来越多，并出现了消化不良的状况：网络安全性低(病毒、后门、监控)、产业链受制于人(操作系统、芯片、中间件)、用户很难在同一终端上实现跨平台操作等。

透明计算，为这些问题提供了一个较好的解决方案。

针对网络安全问题，透明计算将网络互连平台由较高网络层下降到计算机芯片和操作系统间的接口层，在接口层设计保护程序，即安置一个能力超强的“保安”，防止上层软件系统受到攻击和安全漏洞威胁，从而解决了信息网络的安全问题。

针对各操作系统相对封闭，用户使用不便捷的问题，透明计算设计出超级操作系统，即“TransOS”。这个网络“超人”，可以让用户通过小终端设备，获取不同操作系统平台的各种服务。使用户可以在一个终端完成跨平台操作，自由选择各种软硬件服务。

透明计算还为用户端“减负”，提出“流式计算”方法，保证小终端轻便、简易。

……

“我们研究透明计算的初始想法，是希望计算机能够像电视机一样简单好用。这是一个看起来容易，做起来却异常困难的想法。幸运的是，我们坚持下来了，并正在一步步将设想变成现实。”周悦芝说。

“热爱科研，工作起来蛮拼的”

“透明计算”研究的灵魂人物张尧学院士，是一个大忙人。

自1995年起，他的身份除清华大学教授外，还先后担任副司长、总经理、司长、校长等职务。

尤其是自2011年以来，他在中南大学推行的一系列管理改革，引起媒体高度关注和报道。“校长”，已成为公众对他继“中国路由器之父”后的最深印象。

如何做到学术研究和行政管理两不误?

“我热爱科研，所以不管工作岗位怎么变化，始终没有放弃过我的科研。”张尧学说。

为此，张尧学一直住在清华校园，行政工作之余所有的时间都用在了科研上。到中南大学后，他又在中南大学成立了透明计算研究室。

“张老师是一个很有理想和激情的人。且一旦认定方向，工作起来有蛮拼的。记得非典期间，实验室每天必须消毒。消毒水的气味非常大。我们在这个时候，往往都跑到实验室外面散步去了。张老师却完全不为所动，继续工作，似乎刺鼻的气味对他来说不存在。”周悦芝说。

“他常说，科研工作者没有礼拜六、礼拜天，没有节假日。他自己在实验室工作到深夜，更是家常便饭。”张尧学的学生、中南大学教授王斌说。

这么拼，除科研兴趣、自信之外，有一个这样的小故事。

2000年11月，中国教育代表团访问美国英特尔公司总部。会谈中，中国教育部领导提出，中国最需要的是经济、适用、无需频繁升级、少维护的计算机。对这一要求，英特尔公司高层频频点头，但并无实质性回应。

作为代表团成员的张尧学记住了这一刻。他知道，虽然科学无国界，但没有任何一个国家的科学家会去为别国开发专门的技术。因此，他暗下决心，中国的问题还得中国自己解决。

正是这份责任、情怀和执着，成就了今天站在国家科技大奖自然科学奖最高领奖台的张尧学!