4月13日,計算機所的大禮堂裡,黑壓壓坐滿了人。
主席台上方懸掛著橫幅:“星河計劃第三次全體會議——崑崙工程可行性論證會”。
台下座位分為四個區域。
最前排,首長、錢先生、孫老幾位並排坐著,低聲交談。
他們身後,是星河計劃二十七個技術組的組長。
哈工大包康建、西軍電秦世襄、數學所陳教授、物理所周先生、長光所的王先生、封裝組組長……每一張麵孔背後,都是一個國家級科研團隊,一張覆蓋全國的協作網路。
左側區域,計算機所的夏先生帶著三十多名骨乾,正在翻閱手裡的材料。
他們是崑崙工程的牽頭實施單位,今天要聽的是需求,也是“任務”。
右側區域,紅星所的宋顏教授、吳國華、錢蘭等人坐在一起。
6305廠的陳光遠、鄭長楓、劉工等人坐在一起。
呂辰坐在宋顏旁邊,手裡捏著幾頁稿紙,指節有些發白。
兩側的旁聽席上,星河計劃一百多家成員單位的代表擠得滿滿噹噹。
這是星河計劃成立以來,規格最高、規模最大的一次全體會議。
劉星海教授走上主席台。
他掃視全場,緩緩開口:“同誌們,今天這個會,是星河計劃第三次全體會議。”
“第一次全體會議,是在1962年的‘百工聯席會議’上,星河計劃正式立項。那時候,我們隻有一張藍圖,四項邊緣技術,二十七個組還湊不齊人。”
“第二次全體會議,是在1963年第二次百工聯絡會議期間,我們拿出了紅星一號計算器,證明瞭星河計劃這條路,走得通。”
他頓了頓,語氣凝重而有力:“今天是第三次。”
“在講今天的正題之前,我先向各位彙報兩件事。”
“第一件:6305廠,貫通了。”
台下響起一陣壓抑的騷動。
劉星海的聲音像在給曆史旁白:“1964年4月7日,超純水係統聯調成功,光刻機完成最終調平,塗膠顯影機、刻蝕機、擴散爐全部安裝就緒。全廠一百零七套核心裝置,二百六十八公裡管線,全部貫通。1200名工人、500名技術員、350名電路設計師已經入駐。”
“第二件,”他看向陳光遠,“陳廠長,你來說。”
陳光遠站起來,激動宣佈:“各位領導,各位專家,6305廠向各位彙報,五微米工藝,已經在6305廠線跑通了。”
“第一批紅星一號的量產晶片,正在封裝測試。良率15%,有望半年內提高到六成以上。”
全場安靜了幾秒,然後爆發出熱烈的掌聲。
首長帶頭鼓掌,臉上露出難得的笑容。
錢先生坐在那裡,緩緩點頭。
掌聲平息後,劉星海繼續說:“同誌們,這意味著什麼?”
“意味著星河計劃從圖紙走向了現實。意味著我們自己的整合電路,從實驗室走向了生產線。意味著6305廠這個孩子,已經能站起來了。”
他話鋒一轉:“但是,站起來了,然後呢?”
“晶片造出來了,往哪兒用?裝在哪裡?跑什麼?”
“裝在計算器裡,隻能算加減乘除。裝在儀表裡,隻能顯示幾個數字。這點用處,配不上我們三年來的心血,配不上二十七個組一百多家單位的付出,更配不上國家對我們的期望。”
“晶片的價值,不是造出來,是用起來。”
他走到黑板前,寫下兩個字:崑崙
“今天要論證的,就是這個用起來的地方。”
劉星海指著黑板上的字:“崑崙是什麼?”
“它不是一台普通的計算機。”
“它是向量運算係統。”
他在黑板上一筆一劃寫下這四個字。
“什麼是向量運算?”
“普通計算機,是一個數一個數算。叫標量運算。”
“向量運算,是一批數一批數算,像列隊衝鋒,而不是單兵作戰。”
“打個比方,你要算一百個數的平方。普通計算機要算一百次;向量運算,一次就算完。”
他頓了頓:“為什麼我們要做向量運算?”
“因為鍊鋼廠的熱處理線數字孿生,要算的是整個溫度場的分佈;哈工大的磁碟模擬,要算的是磁疇的集體翻轉;氣象局的預報,要算的是大氣層的整體運動……”
“這些東西,用普通計算機算,等不起。”
“用向量運算,纔有可能。”
他看向呂辰:“小呂,你上來,把架構講透。”
呂辰深吸一口氣,站起來,走向主席台。
台下幾百雙眼睛落在他的身上,有期待,有審視,有懷疑,也有好奇。
他走到黑板前,拿起粉筆。
“各位老師,我先畫個圖。”
他在黑板上畫了一個三層結構。
底層,是一個方陣,標著“向量處理單元陣列”。
中層,是兩個並排的方塊,一個標“向量儲存係統”,一個標“時鐘同步係統”。
上層,是一個寬寬的方塊,標“向量化演演算法介麵”。
“這是崑崙的架構。”
他轉過身:“底層,是計算核心。基於五微米整合電路,每個晶片包含多個向量處理單元。這些單元可以同時執行相同的指令,處理不同的資料。”
“中層,是儲存與同步。包教授的磁碟陣列,要能‘成批’喂資料;秦教授的時鐘係統,要保證所有處理單元‘步伐一致’。”
“上層,是演演算法介麵。把需要計算的資料,從‘一個一個算’翻譯成‘一批一批算’。”
他頓了頓:“這不是馮·諾依曼架構。”
“馮·諾依曼是‘單指令單資料’,一個指令,處理一個資料。”
“崑崙是‘單指令多資料’,一個指令,處理一批資料。”
“這套架構,我們叫它:向量平行計算架構。”
台下安靜了幾秒。
然後,錢先生舉手了。
他盯著黑板上的三層結構:“小呂,你剛纔說,‘單指令多資料’,一個指令,處理一批資料。我問你一個問題:怎麼保證這一批資料,都適用於同一個指令?”
錢先生進一步解釋:“資料是有差異的。同樣是溫度場,有的地方溫度高,有的地方溫度低。你把它們塞到一起算,用同一個公式,會不會把‘不同’強行變成‘相同’?”
呂辰愣了一下。
錢先生繼續說:“向量運算的優勢,在於‘整齊劃一’。但現實世界的資料,往往是不整齊的。你要讓不整齊的資料‘向量化’,就得先做預處理,把資料分類、對齊、填充,讓它們變得整齊。這個預處理的代價,你想過冇有?”
呂辰沉默了幾秒:“錢先生,我想過。但我冇算過。”
“我的初步判斷是,對於魏教授的數字孿生,資料本身是連續的、有規律的,預處理代價相對可控。但對於一些離散的、不規則的問題,可能不適合向量化。”
“所以崑崙的定位,不是通用計算機,是專用科學計算係統,專門跑那些能向量化的問題。”
錢先生點了點頭:“好。知道自己能乾什麼、不能乾什麼,比什麼都能乾強。”
他回到座位。
錢先生剛坐下,包康建舉手了:“小呂,你那個‘中層’,有我們儲存組的磁碟。我問你:向量運算,一次要喂一批資料。這個‘一批’是多大?”
呂辰道:“取決於問題。可能是幾十個,可能是幾百個。”
包康建點頭:“好。那我問你,磁碟的尋道時間是毫秒級的,資料傳輸率是KB\\/s級的。你那個一批資料,如果存得七零八落,磁碟要花多少時間去找?”
呂辰沉默。
包康建教授定論:“你那個‘向量儲存’,不是把資料存進去就行,是要保證資料‘擺得整齊’,連續存放、按需預取。否則,磁碟就是瓶頸,向量單元就得乾等著。”
他看向夏先生:“夏所長,你們搞過磁碟檔案係統嗎?”
夏先生搖頭:“冇有。我們隻研究過磁帶。”
包康建笑了:“那正好。哈工大搞了三年磁碟,檔案係統是現成的。但那是給‘標量’用的,不是給‘向量’用的。要匹配崑崙,得重新設計。”
他看向呂辰:“小呂,這個問題,算不算‘崑崙的問題’?”
呂辰點頭:“算。而且是大問題。”
包康建道:“好。那我認領了,儲存組負責研究‘向量化檔案係統’。”
包康建剛坐下,秦世襄舉手了。
他指著那個“向量處理單元陣列”:“小呂,你這一排向量單元,要同時執行同一個指令。這個‘同時’,怎麼保證?”
“時鐘訊號從哪兒來?從同一個晶振分出來的?還是各自有時鐘?”
呂辰:“……應該是同一個。”
秦世襄笑了:“同一個?你知道訊號從晶振到最遠的那個晶片,要走多遠?幾米?十幾米?傳輸線延遲是多少納秒?晶片之間的工藝差異是多少皮秒?”
呂辰沉默。
秦世襄:“向量運算的精髓,就是‘步伐一致’。如果有的晶片快了幾納秒,有的慢了幾納秒,‘同一個指令’就成了‘不同時的指令’。結果呢?資料對不上。”
他頓了頓:“西軍電搞雷達,對時鐘同步的要求,是納秒級。你那個‘崑崙’,規模比雷達大得多,要求可能更高。你準備給時鐘組提什麼指標?”
呂辰看向數學組的陳教授。
陳教授緩緩開口:“秦教授,這個問題,不是時鐘組一家能解決的。這是‘誤差分配’問題。”
“小呂,你得先給出演演算法的‘容錯閾值’,平行計算的偏差,允許有多大?然後我們才能反推時鐘的‘精度要求’。”
他頓了頓:“數學所可以牽頭,做這個‘誤差預算’。但演演算法組、時鐘組、儲存組都要參與。”
呂辰點頭:“我同意。”
秦世襄剛坐下,物理所的周先生舉手了。
“小呂,我問一個物理問題。你那個向量單元陣列,同時跑,同時算。功耗怎麼辦?”
他補充道:“一個晶片跑起來,功耗是幾瓦。幾十個晶片同時跑,功耗就是幾十瓦、幾百瓦。這些熱量散不出去,晶片就燒了。”
呂辰:“所以我們設計了液體冷卻……”
周先生打斷他:“液體冷卻能帶走熱量,但能解決‘熱應力’嗎?晶片發熱,會膨脹;冷卻,會收縮。反覆膨脹收縮,焊點會疲勞,會斷裂。這叫‘熱疲勞’。你那個向量單元陣列,一天開關多少次?一年開關多少次?能撐幾年?”
呂辰沉默。
周先生看向材料組組長:“老王,你們材料組,有冇有研究過封裝材料的熱疲勞效能?”
王守仁搖頭:“冇有。我們隻研究矽材料,不研究封裝。”
周先生看向宋顏:“宋教授,你們整合電路實驗室,有冇有測過晶片的熱疲勞?”
宋顏苦笑:“周先生,我們現在連短期的可靠性測試都冇條件做,更彆說長期的熱疲勞了。”
周先生沉吟了一下:“那這樣。物理所有一套熱疲勞測試裝置,是給航天器件用的。可以借給你們測晶片。但需要樣品,需要時間。”
他看向呂辰:“小呂,這個問題,我認領了。物理所牽頭,研究‘向量運算晶片的熱疲勞壽命’。”
周先生的問題剛結束,數學所的陳教授舉手了。
今天他坐在那裡,一直冇說話,隻是偶爾在筆記本上畫著什麼。
陳教授走到黑板前,盯著那個三層結構看了很久。
“小呂,這個‘向量運算’,一個指令處理一批資料。這批資料,在數學上是一個向量。向量是有‘結構’的——順序、維度、內積……,但現實世界的資料,往往不是整齊的向量,而是有複雜‘連線關係’的東西。”
他拿起粉筆,畫了一個簡單的圖,幾個圓圈,用線連起來。
“比如,你要算一個大型結構的應力分佈。這個結構有幾千個節點,節點之間有連線。這不是一個向量,是一個圖。”
“又比如,你要算大氣環流。全球的氣象站,分佈在一個球麵上,相鄰的站點有關係。這也是一個圖。”
他放下粉筆,看著呂辰:“小呂,這個向量運算,能算圖嗎?”
呂辰愣住了。
陳教授繼續說:“拓撲學關心的是連線關係。很多科學計算問題,本質上都是圖上的計算,節點上的資料,沿著邊傳播、迭代。你把圖強行塞進向量,等於丟了連線關係。丟了連線關係,算出來的東西,還是原來的問題嗎?”
全場安靜。
呂辰沉默了幾秒,然後說:“陳教授,我冇想過這個問題。”
陳教授點了點頭:“冇想過,正常。你是搞工程的,不是搞數學的。”
他轉向全場:“同誌們,我提這個問題,不是要否定崑崙。恰恰相反,我是想提醒,崑崙的‘向量運算’,能解決一類問題,連續場的問題,像溫度場、應力場、流場。但不能解決所有問題,圖上的問題,離散結構的問題,就不適合。所以崑崙的定位,應該是‘向量專用機’,不是‘通用機’。”
他看向魏知遠:“魏教授,你的數字孿生,是連續場問題,適合向量運算。但將來,如果我們要算更複雜的東西,比如整合電路的佈線優化、通訊網路的流量分配,就得另想辦法。”
魏知遠點頭:“陳教授說得對。”
陳教授又看向呂辰:“小呂,這個架構,留冇留‘擴充套件’的餘地?”
呂辰點頭:“有專門留。”
陳教授笑了:“應該留。將來哪天,我們搞出‘圖運算’的機器,能和你的‘向量機’連起來用。這叫‘異構計算’,不同的結構,算不同的問題。”
他回到座位。
隨後其他組的專家更是輪番轟炸,呂辰有的能回答,有的隻能沉默。
他飛快地在本子上記著,寫了一頁又一頁。
好不容易,各組的技術問題問完,呂辰總算鬆了一口氣。
最後,首長站起來,走到台上:“同誌們,我今天聽了一下午。問題提得很好,回答也答得不錯。但我發現一個問題,冇有人問‘錢’。”
“我們要設計向量化檔案係統,要保證納秒級同步,要研究拓撲學約束下的可計算性,要測熱疲勞,要搞冷卻液相容性,要重新設計封裝,要設計指令集、邏輯電路、外圍裝置,需要多少錢?”
“這些問題,今天冇人問。”
“但三個月後,當你們拿出‘技術任務書’的時候,必須有一頁,叫‘經費預算’。”
他看向夏先生:“夏所長,這件事,總體組負責。三個月後,我要看到崑崙工程的‘技術任務書’和‘經費預算’,缺一不可。”
夏先生點頭:“是,首長。”
首長掃視了一遍全場,台下幾百人鴉雀無聲。
“同誌們,今天這個會,開得很好,討論得很充分,每一個問題,都問到了根子上。這說明大家當真了,崑崙真的要乾了。”
他指著黑板上的“崑崙”二字:“崑崙。這個名字起得好。他是中國人心裡第一座山。是根基,是脊梁,是撐起這片天地的骨頭。我們要造的這台機器,也要配得上這個名字。”
他轉過身,看著全場:“同誌們,你們知道今天這個會的意義嗎?這不是一台機器的論證會。這是咱們國家,在電子計算機這條路上,第一次走自己的路。蘇聯人給過我們103、104。那是好東西,我們感謝。但那是人家的路,人家的架構,人家的想法。”
“現在我們要造的崑崙,是咱們自己的向量運算,自己的架構,自己的想法。是從咱們自己的土地上,從咱們自己的需求裡,長出來的東西。”
“這條路,走得通嗎?不知道。”
“但今天這個會,讓我看到了一件事:走不走得通,至少有人走了。”
他看向台下那二十七位組長,:
“包教授,哈工大搞了三年磁碟,今天說‘我認領向量化檔案係統’。”
“秦教授,西軍電搞雷達同步,今天說‘我認領時鐘指標’。”
“陳教授……
他一個一個念過去,每一個名字落下,台下都有人挺直脊背。
“二十七個組,一百多家單位,今天認領了二十七座山。”
“這些山,每一座都不好爬。有的要爬三年,有的要爬五年,有的可能要爬十年。”
“但是,三年後,五年後,十年後,當這台機器跑起來的時候,每一個爬過山的人,都可以驕傲地說,這台機器,有我的份。這條路,是我和她一起走出來的。”
“這就是崑崙工程的意義。”
“它不是一台機器。它是咱們國家整合電路產業的‘成人禮’。是二十七個組、一百多家單位,第一次擰成一股繩,去乾一件大事。”
“這件事乾成了,咱們就有底氣說,我們不僅能造晶片,還能用晶片造出東西來。不僅能造出東西來,還能造出和彆人不一樣的東西來。”
“這件事乾成了,後麵的路就好走了。數字孿生、材料計算、氣象預報、石油勘探……這些今天想都不敢想的事,就有了‘算’的地方。”
“這件事乾不成——”
他頓了頓,笑了:“乾不成也得乾。”
“咱們這代人,不就是乾不成也要乾的嗎?”
台下有人笑了,笑著笑著,眼眶紅了。
“同誌們,崑崙是三五期間的重大工程。更是咱們這一代人,給後輩鋪的路。”
“咱們今天爬的山,後輩就不用爬了。咱們今天蹚的河,後輩就能直接過。”
“咱們今天把這台機器造出來,後輩就能站在上麵,看得更遠。”
他頓了頓,聲音沉下來:“所以,拜托了。”
他對著全場,微微欠身。
全場起立。
冇有人說話。
隻有掌聲,經久不息。
會議結束,專家們三三兩兩離開。
北京的冬夜,寒風凜冽。
禮堂裡的燈光,一盞一盞熄滅。
但二十七家單位的實驗室裡,新的燈又一盞一盞亮起來。