【书 名】了不起的中国制造
【作 者】网易新闻学院 著
【出版者】清华大学出版社
【索书号】N092/7760
【阅览室】自然科学阅览室
内容简介
网易《了不起的中国制造》栏目将近年来的超级工程、大国重器，通过专业人士的文笔通俗易懂地介绍给读者，可以说是做了件极有价值的事。在这本书里，我们不仅可以看到有关中国高铁、中国核电等核心技术的关键突破和1新进展，还可以看到来自权人士的专业解读。这样的内容深入浅出又不失权性，具有很高的阅读价值。
改革开放 40 年来，我们国家在科技、基建、交通、通信等方面取得了众多举世瞩目的成就。尤其是近年来，港珠澳大桥、青藏铁路、三峡工程、FAST 望远镜等超级工程，国产航母、C919 国产大飞机、“墨子号”量子卫星、复兴号、大型盾构机等更是让世人刮目相看，这都表明中国制造迈入了全新的阶段。
当前，世界范围内正在掀起新一轮工业革命的浪潮。作为制造大国的中国，应该抓住这一契机，实现中国制造向中国创造、中国智造的飞跃。而工业制造的进步，有赖于更广泛的国民科技素养的提高。《了不起的中国制造》正是这一领域的必需品，它适合广大民众，尤其是大学、中学的学生阅读。期待了不起的制造迎来了不起的未来！
前 言
看到“中国制造”这四个字，你的第一反应是什么？科技含量低、质量差？如果是这样，那你可以翻翻这本书，因为这里有中国制造最真实的“另一面”。
例如，地铁隧道是怎么挖的？挖泥船如何一夜造陆？“笔尖钢”技术究竟有多难？青藏铁路如何攻克高原冻土难题？“水立方”究竟有多少秘密？海底隧道怎样防水？“基建狂魔”是如何炼成的，背后有哪些鲜为人知的艰难探索？关于中国制造，你好奇的，就是我们要介绍的。
从身边的科技创新到基础设施建设，从机械制造到航空航天技术研发，再到新能源、新材料……本书将带你以全新的目光打量“中国制造”这个全世界认知度最高的标签。
在经济转型和产业升级背景下，中国制造的形象正在悄然发生改变。作为普通人，我们越来越深切地感受到诸如大飞机、复兴号、航母等国之重器对于国力提升的重要意义，但有关技术细节的解读、技术攻坚背后的故事，却鲜有机构或媒体进行过系统梳理和挖掘。市面上介绍中国制造的材料多停留于理论和政策层面，与普通大众的需求相去甚远，专业且易读的书籍或专栏更是罕见。
作为网易传媒旗下的科普栏目，《了不起的中国制造》创立于 2017 年初，通过与重点高校、科研院所和重点央企的深度合作，邀请行业权威、资深玩家撰稿，以案例形式呈现他们眼中的中国创新足迹。本书集结了《了不起的中国制造》两年来最优秀的 50 余篇报道案例，选题从细处着眼，内容生动有趣又不失严谨，专业而充满趣味，力图为读者提供有关中国制造和中国科技现状的权威解读。相信读完本书，你会对中国制造有不一样的理解。
编者
宇宙 137 亿年的演进过程，竟然是算出来的！
张九儿
2014 年“天河二号”一鸣惊人，让很多人知道了享有“科学加速器”之称的“超级计算机”。那么，问题来了，何为“超级计算机”？
顾名思义，“超级计算机”就是“超级”加“计算机”的超强组合体——它有着强大的计算能力和数据处理能力。平时，我们经常会抱怨自己的电脑“卡死了”，这与电脑的内存和运行速度有关。超级计算机就不会“卡”，因为它的优势就是“大容量”和“高速度”。那它究竟有多快？和我们平常使用的电脑比起来，就相当于火箭的速度和人类步行的速度对比。
在这样的运算速度下，很多复杂的科学问题可以通过数值模拟来进行解决，因此超级计算机也被生动地称为“国家经济发展与科学技术创新能力的加速器”。
说到这里，你可能就会觉得“超级计算机”这个词太玄幻，离我们的生活太远了，其实不然，它可以运用到我们生活的各个领域。例如，在电影产业中，你所熟悉的《阿凡达》里面的人物特效就是用超级计算机算出来的。当然，它还可以用来预测天气，研制新型材料，进行核试验模拟……
运算 1 小时 =13 亿人同时用计算器计算 1000 年
说回“天河二号”，它曾连续 6 年稳坐世界超级计算机的第一把交椅，直至2016 年 6 月新一期全球超级计算机 500 强榜单公布，中国自主芯片制造的“神威太湖之光”才将其取代。
“天河二号”的速度到底有多快？峰值计算速度 5.49 亿亿次每秒、持续计算速度 3.386 亿亿次每秒，这样的计算速度是当时排名第二位的美国“泰坦”计算速度的 2 倍左右。在这样高速的运转下，“天河二号”仍可以连续运行 10 小时无故障，运行稳定性全球第一。有这样一个计算：“天河二号”运算 1 小时的运算量，相当于 13 亿人同时使用计算器计算 1000 年。
2015 年，北京师范大学天文系利用“天河二号”成功进行了 3 万亿粒子数中微子与暗物质的宇宙学数值模拟，揭示了宇宙大爆炸 1600 万年以后至今约 137亿年的漫长演化进程。
“天河二号”的特点是占地小、内存大。其由 170 个机柜组成，占地面积720 平方米，这与之前的“天河一号”占地面积相当，计算性能与计算密度却提升了 10 倍以上。其内存总容量为 1400 万亿字节，存储总容量达 12 400 万亿字节，这相当于存储每册 10 万字的图书 600 亿册。想想，以你的大脑要把这么多书“吃”进去要花多少亿年？
此外，“天河二号”还有一大优势，就是耗电量低。这套系统功耗 17 808 千瓦，这样的能耗系统，一年大约耗电 2 亿度，看着数字比较大，但其实对比一下就知道了：同样的运算量，1000 台电脑连着网线运算 10 天就要耗费 1 万度电，而超级计算机只需 2 天和 5000 度电就能算出结果！
低耗电量离不开高性能，“天河二号”的能耗比达到了 1.9GFLOPS 每瓦，而最绿色的超级计算机能耗比为 2.5GFLOPS 每瓦，“泰坦”能耗比为 1.95GFLOPS 每瓦，“红杉”为 2.17GFLOPS 每瓦，“天河二号”虽略逊于二者，但与“天河一号”相比，执行相同任务时耗电量仅为“天河一号”的三分之一。
延续自主创新的“新型异构多态体系结构”
一般而言，提升计算机运行速度，主要依靠更新 CPU 或者是提高 CPU 的运行速度。在计算机的发展中，CPU 的技术限制几乎达到瓶颈。增加集群 CPU 数量固然可以增加速度，但是集群运行速度并不会持续攀升，而是趋向某一峰值；而且，那么多 CPU 在一起，不仅散热是个问题，耗能也是一大阻力。所以，全新的超级计算机搭建方式亟待解决。
2010 年下半年，经过两个多月的装配与调试，“天河一号”另辟蹊径，创造了“CPU+GPU 异构融合体系”，因其低能耗、低成本、高集成度等优点成为国际主流。在此基础上，“天河”创新团队为“天河二号”设计出“新型异构多态体系结构”。这种结构不仅大幅度提高了系统的计算速度，还将其应用范围从科学计算拓展至大数据处理、大规模信息服务等多个领域。
将国产芯片运用到极致
“天河二号”有很多处理器。处理器的主要作用是资源管理，而每个处理器又有多个核。一个运算任务要均匀分配给众多的处理器，这就需要“调度指挥”，就像高铁也有自己的“大脑”来调度车辆，前端处理器调度的则是处理器。“天河二号”的计算节点前端处理器为 4096 颗中国国防科技大学研发的 FT-1500，16核心 SPARC V9 架构的处理器。为了保证计算机高效快速运转，不仅要保证集群 CPU，还要保证高速的网络互联性。想想，如果车速提上去了，但是道路不通，该有多么不便。也正是因为高速互联网络如此重要，所以早就被美国列入技术封锁的名单。“天河二号”互联方面采用自主研发的 Express-2 内部互联网络，高速互联架构使用光电混合传输技术，其有 13 个交换机，具体控制器是名为 NRC 的 ASIC 专
用集成电路，其采用 90 纳米工艺，2577 个引脚。这是国产芯片应用的另外一处地方，将国产芯片的作用发挥到了极致。
中国超级计算机更具“普适性”
迄今中国超级计算机的投资主要用于硬件开发，客户必须自己编写程序才能使用。一些用户或需要多年甚至十年时间来编写必要的代码。因为超级计算机在国内的发展速度已经远超于相应人才的培养速度，这导致超级计算机的软硬件技术之间出现巨大差异。不过，这也成就了中国超级计算机的“普适性”。美国的超级计算机研发目的都是自用。例如“泰坦”主要
用于美国能源部内部的核试验模拟，其超级计算机计算用途较为简单，基本只能适配于某一方向，但专业性更强。而国内的超级计算机更为开放，可针对更多用户。
中国的超级计算机之路已从最初受制于人的状态逐渐扭转，如今已呈现“三箭齐发”的态势——国防科技大学“银河”“天河”，北京“曙光”“星云”，无锡“神威”，这些都是中国科技的“加速器”，助力未来科学发展。
