第1章 朝阳喷薄(1)

【“算”出来的军事强国】

1991年春末，沙特阿拉伯首都利雅得纯净如洗的天空，笼罩着战争的阴影，弥漫着浓厚的硝烟味。从伊拉克升空的“飞毛腿”导弹，一枚接一枚地扑向这里。哪知它们刚接近利雅得上空，就遭到美军紧急部署在这里的“爱国者”反弹道导弹系统的成功拦截，在高空炸开一团团绚烂的火花。

伊拉克攻击利雅得的数十枚“飞毛腿”，被“爱国者”变成了美军庆祝胜利的礼花。

一时间，“爱国者”成为各国导弹的“克星”、世界军事领域的“战神”，更是美国人心目中名副其实的爱国者和顶礼膜拜的英雄。

“爱国者”到底有何种魔咒，能让“飞毛腿”尽数灰飞烟灭？

先来看看“爱国者”弹道导弹防御系统的作战流程，也就是“飞毛腿”走向毁灭的过程吧：

“飞毛腿”导弹从伊拉克地面阵地点火升空，美国紧急向伊拉克上空飘移的作战卫星第一时间捕捉到“飞毛腿”的踪迹，并迅速将它的飞行数据发送到远在美国本土的五角大楼数据中心——五角大楼数据中心的超级计算机只需3~5秒便能算出“飞毛腿”飞临利雅得上空的时间、轨道及“爱国者”迎击的时间、方位等参数。五角大楼数据中心再将这些数据通过卫星通报利雅得美军“爱国者”导弹基地——导弹基地官兵只需按照超级计算机给出的数据操作“爱国者”，便可准确无误地将迎头飞来的“飞毛腿”化为高空礼花。

明眼人一看便知，真正的英雄并不是“爱国者”，而是远在美国本土五角大楼里的超级计算机！

其实，超级计算机应用于“爱国者”弹道导弹防御系统作战，只是它在军事领域应用的冰山一角。可以说，计算机技术的问世、兴起及其发展，都离不开军事活动的牵引与驱动。

20世纪40年代初，二战前线的美军将士急需先进的火炮实施炮火支援，而研制这种火炮需要一台“计算速度比炮弹飞行速度还要快”的计算机来计算，于是美国启动了世界上第一台数字计算机ENIAC的研制计划。

此时，“世界数学奇才”、美国曼哈顿计划的高级顾问冯·诺伊曼，肩负着解决核武器的数学计算重任，正为解决曼哈顿工程中的大规模科学计算问题而绞尽脑汁。那天，他在阿伯丁火车站与计算机专家戈德斯丁相遇。戈德斯丁出于对这位数学大家的景仰，主动上前与冯·诺伊曼搭讪，冯·诺伊曼起初并不热情。可当戈德斯丁说出自己正在开发一台每秒钟能执行333次乘法运算的计算机时，冯·诺伊曼的谈兴陡然高涨，两人从此成为诤友。

不久之后，在戈德斯丁的引荐下，冯·诺伊曼来到了ENIAC研制实验室。冯·诺伊曼与该计算机研制负责人埃克特和莫奇利一见面，便就计算机技术问题进行了深入交谈，并欣然担任了ENIAC的研制顾问。

冯·诺伊曼在与莫奇利、埃克特及小组其他成员的深入交流中，不断萌发创新想法，并积累形成了“存储程序计算机”、二进制等一系列计算机创新理论，为ENIAC成为人类第一台真正能用于科学计算的计算机做出了决定性贡献，而且为计算机技术的发展带来了革命性影响，成为计算机结构技术发展的“奠基石”。冯·诺伊曼由此赢得了“计算机之父”的美名。

人类真正意义上的计算机ENIAC在美国诞生后，美国的计算机技术与军事科技便如同“孪生兄弟”，相互携手、齐头并进：军事科技对科学计算的需求“一浪高过一浪”，牵引着计算机技术发展滚滚向前；不断跃升的计算机技术平台，强力助推着军事装备“后浪推前浪”。

众所周知，战略武器在当今时代已经成为一个国家维系和平的主要力量、必备利器，而研制战略武器需要进行大量实验。但采用实爆实射的实验方法，将付出巨大的环境代价，面临重大的国际压力。为避免这些问题，美国首先在世界上尝试运用超级计算机进行战略武器模拟试验，得出的参数与通过实爆实射的效果基本相同。凭此“独门绝技”，美国在联合国唱起了“高调”，提出在世界上“禁止核实爆”，以保持它的世界“核霸”地位。

可以说，美国超级计算机水平有多高，其战略武器的水平就有多高。

超级计算机的另一个重大用途，是用于航天、航空领域的科学计算。美国为什么拥有世界最先进的导弹、卫星和飞机？重要原因就在于它有世界无二的超级计算机技术平台。

据统计，美国波音公司60%到70%的研发工作，就是通过超级计算机的科学计算完成的，美国先进军用战机的设计研制就更是如此。

超级计算机还可以进行精密的作战模拟，它可以根据现实情况预设成千上万种作战方案，然后通过计算和分析得出最优化的方案。运算能力越强，可以预设的作战方案越多，计算速度也就越快，分析结果也就越接近实战。

可以说，当今美国已将超级计算机应用到军事领域的每一个角落。

因此有人说：“美国的军事强国地位是‘算’出来的。”

美国人自己说得更直白：“我们美国的超级计算机主要用于战略武器研究！”

超级计算机不仅应用于军事科技，还广泛应用于现代社会进步的各个领域。毫不夸张地说，当今时代，没有哪一个学科像超级计算这样，在科学研究中运用得如此广泛、如此深入、如此前沿。正如计算机专家所说：“超级计算机算天、算地、算人，比如运用超算给大地做CT（计算机层析成像），可以又快又准地找到石油；运用超算分析人类基因，能够解读生命的奥秘；运用超算做风洞，设计的飞机可以飞得更快、更高、更省油……”

人类的现代生活，都与超级计算机发生着直接或间接的联系。

比如，运用超级计算机进行以水稻、玉米、生猪等为主要对象的基因工程研究，让粮食产量更高、味道更美、营养更丰富，使生猪长得更快、肉质更好，更有利于人类健康。

比如，超级计算机让各种新药研制周期从数年甚至十年缩短到一年以内甚至几个月，让需要化疗、放疗的癌症病人的基因检测过程由一两个月缩短为几分钟。

比如，超级计算机能在几秒内算出未来一周的天气情况，在一天内完成过去几年甚至几十年才能完成的计算工作，甚至可以预测地震、海啸等自然灾害。

比如，超级计算机可以完成让人们直呼“酷极”“过瘾”的动漫渲染。美国电影《阿凡达》《生化危机2》以及国产电影《关云长》、新版电视剧《西游记》等影视剧精彩绝伦的后期特效，都是超级计算机的功劳。

…………

超级计算机还被誉为人类探索自然奥秘的“天文望远镜”。它可以帮助人们更好地发现自然规律、理解自然规律、掌握自然规律，从而推动科学的进步。德国科学家彼得·格林贝格尔，借助超级计算机发现了“巨磁电阻”效应，使得小型大容量硬盘的问世成为可能，获得了2007年诺贝尔物理学奖。

超级计算机不仅能算过去、算现在，还可以算未来——

汽车、飞机、轮船制造如何改善空气/流体动力学结构，减少燃料消耗和噪声，提高防撞强度和乘坐舒适度？

如何防范和减轻气候变化带来的破坏？

如何寻找人类疾病治疗的革命性方法？

地震给人类的生命财产带来的危害实在太大，如何通过预警降低地震给人类带来的损失？

影响社会健康和安全的因素有哪些？如何应对它们？

如何突破地球物理学中的大数据处理与模拟，从而找到地球演变的规律？

天体是如何演变的？

高经济价值物质在哪里？它们的反应规律如何？怎样找到它们？

人类活动、社会发展到底有无规律，又如何找到它们的规律？

…………

这些涉及交通工具制造、气象预报、生物信息、地震监测、地球科学、天体物理、公共健康、材料科学、人类/组织系统研究等几乎涵盖科学研究的每一个领域和社会生活方方面面的科学难题的解决，都有赖于超级计算机的帮助。

换言之，当今时代离开了超级计算机，人类对高精尖科学问题的探索将举步维艰，甚至寸步难行！

随着人类认识的不断拓展和深化，尤其是现代大科学、大工程、大数据的出现，以超级计算机为平台的超级计算，在科技发展领域，已渐渐与科学理论、科学实验“并肩而立”，成为“支撑现代科技大厦三大支柱”之一，是国家科技竞争力的重要标志。

正如国际TOP500（前500名）排行榜编撰人之一、美国田纳西大学杰克·唐加拉教授所言：“全球研制运算最快超级计算机的竞争，与国家荣誉密切相关。因为这种超级计算机在处理与国家利益密切相关的国防、经济、能源、财政与科学等领域，发挥着巨大的作用。”

美国总统2005年曾咨询属下的信息技术委员会：“超级计算机有什么作用？”

该委员会是这样回答他的：“计算科学是确保美国21世纪战略地位的重要手段，而超级计算机是实现计算科学的最重要的载体。”

正因为这样，美国政府拼尽全力角逐这一战略技术制高点，形成了得天独厚的产业优势，并努力在这一领域领跑世界。

美国从研制出世界第一台数字计算机ENIAC后，在计算机领域的“霸主”地位始终无人撼动。在2010年之前，国际TOP500创建后举行的数十次颁奖大会上，荣膺前三名的全是美国、英国、日本等传统计算机强国的公司，而冠军头衔则几乎被美国囊括。

因此，我国的科学家把中国与世界大国在超算领域的竞争与角逐，喻为“高科技领域的上甘岭战役”。

【苏联专家的赌注】

高科技直接决定着国家的前途命运，这个领域是没有硝烟的前沿战场。中国与世界强国在计算机技术领域的竞争与较量，是在极不平等的条件下开始的——

1946年2月14日，当美国宾夕法尼亚大学教授莫奇利、讲师埃克特和现代计算机理论奠基人冯·诺伊曼举起香槟酒，庆贺他们研制成功世界上第一台电子管数字计算机时，中国当时的统治者蒋介石刚刚向他的爱将杜聿明下达了向中国共产党东北民主联军发起进攻的命令，内战进入白热化阶段。

1949年10月1日，“东方雄狮”在毛泽东“中华人民共和国中央人民政府成立了”的庄严宣告声中站立起来。然而，刚刚站立起来的“东方雄狮”，虽然有着庞大的骨骼，却还没有强劲的肌肉，依然显得有些瘦弱。

科学技术是让“东方雄狮”尽快健壮起来的最有效的“强身剂”。

1956年，国家计划委员会、中国科学院和其他有关部门联合制定了1956—1967年“十二年科学技术发展远景规划”，把电子学列为国家科技12项重点任务的第三项。计算机技术是其中的紧迫任务之一，为此成立了计算技术研究所筹备委员会，中国科学院数学所所长华罗庚担任委员会主任。

中国在世界上第一台计算机诞生20年后，终于吹响向计算机科学与技术进军的集结号！

这年秋的一天清晨，我人民海军东海舰队鱼雷快艇奉命出海巡航。辽阔的海面上笼罩着浓雾，一片朦胧。舰上官兵各就各位，睁大眼睛警觉地搜索着四周海面。

突然，官兵们发现左前方约一公里处有一可疑目标。我鱼雷快艇悄悄向目标靠近，十几分钟后终于透过迷雾隐约看见一艘快艇。

“台军舰艇！”舰长判断，迅速发出战斗指令，“准备发射鱼雷！”

这时敌舰显然已发现我舰，快速掉转航向，转眼没入茫茫浓雾，逃之夭夭。

晚上，台军快艇再次出现。我鱼雷快艇再次出港迎敌，可刚刚发现目标，敌舰又在夜色掩护下迅速逃走了。

台军舰艇为何如此猖狂？那是因为他们抓住了我军装备的“软肋”。

新中国成立之初，根据国家“积极防御”的战略方针，人民海军重点发展海军航空兵、潜艇和鱼雷快艇。也就是说，鱼雷快艇是人民海军的主力装备之一。而当时的鱼雷快艇是从苏联进口的，它的鱼雷发射瞄准仪是一个机械式三角杆，只能用肉眼瞄准目标。这种瞄准方法，在航速极快、颠簸剧烈的鱼雷快艇上难以稳定精准，尤其在雾天和夜间，根本无法遂行作战任务。

我军鱼雷快艇要实现全天候作战，必须尽快研制出鱼雷快艇指挥仪：它基于计算机平台，能够根据雷达信号准确计算敌舰航向、航速、距离，并结合我舰航向、航速，准确计算鱼雷发射角度、发射时间等数据。有了它，鱼雷手只需根据这些参数发射鱼雷，便能准确击中目标，无论白天黑夜、雾天雨天，无论敌舰行踪多么诡秘，只要胆敢来犯，我舰官兵定能及时发现目标，并在第一时间将其埋葬海底！

鱼雷快艇指挥仪当时是国际先进军事技术，世界军事强国对华实行禁运，就连苏联“老大哥”都捂得紧紧的，其设计图纸连看都不让中国人看一眼，一切都必须自己去摸索、去创造。

海军司令部将研制鱼雷快艇指挥仪的重担交给了中国人民解放军军事工程学院（因校址在哈尔滨，又简称“哈军工”）。鱼雷快艇指挥仪将是我国第一台专用数字计算机，因此哈军工在接受这一任务时，不仅没有实验室，就连一台设备、一点原材料都没有，连见过计算机的教员也没几个，甚至知道计算机采用二进制的都屈指可数。

苏联“老大哥”派到哈军工海军工程系的专家，听说系里要自己设计制造专用数字计算机，一个劲地耸肩摇头，好心地劝道：“计算机不是谁都能搞的，要有苏联科学院列别捷夫院士这样的大专家才能动手，你们这些中国同志是不是想得太简单了？如果你们真想搞计算机，我建议你们还是先派人去苏联学习，然后走仿制的路吧。否则，我敢打赌，你们绝对搞不出来！”