范东睿：带领“金刚”打造全新信息高速铁路

李曼

1993年9月，美国政府宣布实施一项新的高科技计划——“国家信息基础设施”(National Information infra structure，简称NII)，旨在建设一条基于互联网的“信息高速公路”，让所有美国人都能方便地共享海量信息资源。“信息高速公路”的发展给美国带来了巨大的社会和经济效益，同时也在世界范围内掀起了建设信息高速公路的热潮。

信息基础设施事关国家安全和重大利益，事关产业命脉。中国改革开放以来，与发达国家相比，信息基础设施还很薄弱，一直依赖美国政府主导的“信息高速公路”，核心芯片主要从美国进口。随着IT3.0时代的到来，人-机-物高度融合，传统的“信息高速公路”已经不能满足国人的海量数据处理需求。同时，为了彻底解决“信息技术”问题，必须走中国人自己的路——建设“信息高速公路”。为此，2018年底，北京中科睿芯科技有限公司研发完成了世界上第一台高通量计算机——“金刚”。金刚RD的成功离不开瑞鑫团队的坚持和努力。

好好学习，从“芯”开始

2000年，范毕业于北京交通大学理学院应用数学系。四年的学习仍未能满足他的求知欲。大学毕业后，范选择在中国科学院计算技术研究所(以下简称“中科院计算所”)学习。在这里，他开始了他的科学研究之路。

2009年，范被评为中科院计算所杰出之星；2010年获北京市科技新星；2013年获得北京市科学技术奖；2014年获中国科学院杰出青年科学家奖；2017年获首都科技领军人才；2018年入选科技部创新者推进计划；2019年成为中组部“万人计划”带头人。令人自豪的成就来自艰苦的研究。

范在中科院计算所接触到了第一批芯片——龙芯处理器的设计。但范董瑞发现，如果只专注于做芯片，而没有配套的板机，没有配套的应用软件或系统，就无法形成完整的生态链。就算芯片研发成功了，也没用。早在20多年前，美国就有了信息高速公路计划，而中国只能走美国铺的路。一旦美国停止为我们铺路，中国的信息发展就会受到制约。从“中兴事件”中我们不难看出这一点。

2005年，RD团队成立，专门研究“扩展摩尔定律的处理芯片的新原理、新结构和新方法”的新架构。2009年，RD团队自主研发的并行加速多线程模拟器SMARTSIMU研发成功。已在北京理工大学、华中科技大学、特拉华大学等科研机构试用。2010年，锐信团队自主研发众核处理芯片SmarCo-1(龙芯-T)，2011年入选“全球十大服务器芯片设计”。2013年，高通量众核视频处理芯片SmarCo-2(DPU-m)成功流片，RD团队获得“北京市科学技术奖”。

“我们肩负着重大责任。中国的信息化发展缺乏完整系统的解决方案。无论是视频大数据，还是特殊场景的模拟，都需要一个融合软硬件的协同创新平台。作为中科院下属企业，做出中国人自己的智能芯片是我们的职责。这家公司叫‘中科瑞新’。创始人的名字在公司的名字里。做得不好，会丢面子。中科院计算所所长孙宁辉说。于是，2014年11月，北京中科睿芯科技有限公司(以下简称“中科睿芯”)正式成立，总部位于北京中关村。由中国科学院计算技术研究所和中国科学院计算技术研究所高通量计算中心共同投资。中科睿芯致力于成为高通量计算的领导者，为高通量计算提供前沿技术研究、实施和整体解决方案。

自2014年成立以来，中科瑞新的技术RD实力和营销能力迅速提升，先后获得中关村高新、国家高新、瞪羚企业等资质。，并先后获得中科院科技成果转化奖、德勤新星、北京市科技二等奖等荣誉。，并已经拥有以自主高端芯片为核心的全系统RD和产品体系。

好好学习，用“芯”成就

“中国现有的信息基础设施经历了一个漫长的过程，从单机计算为代表的IT1.0时代，到人机二进制计算为代表的IT2.0时代，再到现在进入人机物三元网络计算为代表的IT3.0时代。计算机的核心需求已经从以计算为中心转变为以数据为中心。”范对说道。

他认为，传统计算机系统设计所依赖的业务基础发生了很大的变化，新的应用需求集中在高并发负载、强实时服务保障等方面。然而，在高负载环境下，传统计算机不仅不能满足实时响应要求，而且无法保证高并发、高利用率和强实时性的同时满足。因此，根据中科院在国际上提出的“高通量计算”技术研究，中科睿信RD团队启动了高通量技术的产品研发和产业化。终于在2018年底完成了世界上第一台高通量计算机——金刚。

“金刚”采用计算自主研发的全球首款高通量众核处理器，针对高通量应用场景下高并发的特点，可支持网络视频处理场景下上千个视频的实时并发处理；并应用了计算自主研发的国内首款云深度学习加速芯片，在国际上首次系统提出深度学习指令集；为了充分发挥上述核心芯片的处理性能，“金刚”首次提出并开发了大数据处理与深度学习平台深度融合的高通量计算软件平台。该平台支持软件和硬件协调的垂直优化，从而最大限度地提高系统处理能力。

“金刚”依靠上述技术实现了远高于传统服务器的高密度和能效。还可以针对业务环境的高并发特性，采用可扩展的多核设计，支持海量线程并发，满足高吞吐量计算中“更多计算”的核心需求。软硬件协同技术支持实时感知的任务调度和数据访问，从而实现高并发和高利用率，保证应用的服务质量。“金刚”的核心技术是自主可控，其核心加速芯片和软件平台都是国内自主研发的技术，因此整机安全可控。

“‘金刚’的RD成功不是一蹴而就的，而是经历了一次又一次的研究和挫折。中科瑞信总经理王大说。在RD成立之初，大多数团队都是90后。他们年轻，精力充沛，干劲十足。虽然他们缺乏实践经验，但在团队的相互配合和鼓励下，老员工们帮助他们打头阵，完美地完成了项目。不仅让老员工充分发挥自己的专业特长，也让团队中的年轻人成长起来，团队更好的融合。

“金刚”服务器包含数千种组件。工程师将每一个组件的特性以及可替代的同类组件的特性记在心里，以便在研发过程中及时合理的调配，在满足各项性能指标的同时最大限度的降低成本。为了节省研发时间，瑞信团队在项目管理中建立了严格的开发流程和规范，在“规范与效率”和“质量与风险”之间达到了完美的平衡。核心团队还充分利用了国内现有的成熟产业链，以外包或外购的方式完成了部分非关键零部件的生产加工，充分发挥了专业分工的优势，有效提高了时间利用率。

金刚的研发成功，一方面改善了中国服务器市场核心芯片受制于人的局面，大大提高了服务器核心部件的国产化率和整体安全性；另一方面，高通量计算机有效解决了数据中心服务器利用率低的问题(基于传统架构的数据中心服务器平均利用率一般只有10% ~ 30%)。王达表示，目前，“金刚”高通量计算机已在一系列典型场景中得到示范应用，并将逐步应用于国民经济主战场，为国计民生贡献力量。