数十年前，当用户抱着厚厚的纸质材料、拎着沉重的数据磁带前去“上机”，路上偶尔停下来喘口气时，能否从永恒流逝的时光中，瞥见坐在办公室里，敲击鼠标键盘就可提交计算需求的今天，以及计算资源、业务系统高度集约在“云端”的未来？
【在中国气象局，“上机”曾是一项苦中有乐的差事。乐，是因为可以亲手操作大型计算机；苦，则是因为免不了一番体力劳动。】
很多人都曾在不经意间“目睹”过气象部门早期的大型计算机——它出现在上个世纪八十年代初期陈冲主演的电影《苏醒》中：一位技术员在大型机通过计算上取得成果后，兴奋地冲了出去。
电影《苏醒》的制片方选择在中国气象局取景并非偶然。在改革开放初期，气象部门的大型计算机处于国内先进水平，它们是1980年投入运行的气象部门首个大型现代化建设项目——北京气象通信枢纽（BQS）的一部分，当年是由周恩来总理亲自批准建设的。
为建设BQS系统，中国气象局从日立公司引进了M-160Ⅱ和M-170两台大型计算机。使用这两台大型计算机，需要先小心翼翼地穿纸带、凿卡片，然后通过光电读卡机将程序读入到计算机里。虽然如此，它们的性能在当时十分强大，主要用于国际气象通信业务，也被拿来研发数值预报模式，有时还会对外开放，全国各地都有人特地前来使用。那一段时间，到气象局排队用大型计算机的人很多，有些甚至只能安排到半夜、凌晨时段，从招待所的被窝里爬出来，抱着一摞卡片跑进机房。
1985年，国家气象中心利用世界银行第一批农业贷款引进了日本富士通M360计算机，可以通过键盘录入并编辑程序，人与计算机终于可以抛弃打孔卡，进行近似实时的信息交互了。只不过，这种交互还需要通过专门的渠道：由类似于PC机的阴极摄像管显示屏以及键盘组成的“终端”。这些“终端”通过专线与主机的前置机相连，而专线长度有限，因此一般都是在主机房附近开辟专门的房间，内设若干“终端”，供使用计算机的人来此录入、调试和运行作业。人们为这种需要抱着厚厚一摞纸质材料、拎着沉甸甸的数据磁带来到“终端室”录入、调试和运行程序作业的工作过程起了一个专有名词：“上机”。“上机”一直持续到20世纪90年代末期，才随着中国气象局骨干网络的建成而消失。
与“上机”的繁琐步骤相映衬的，是人们对设备的百般呵护。中国气象科学研究院DPS7计算机机房内的恒温恒湿控制大费周章。那时还没有加湿器，要往空调送风口里吹水蒸气，水蒸气由一个密闭的电炉烧开水产生。可北京的自来水里矿物质颇多，电炉没过多长时间就结起水垢，只好改烧蒸馏水。为此，单位专门买了十几个塑料水桶运水。水通过电梯运至三楼，再由四轮推车运至机房门口，最后由几个年轻人两人一桶将盛满蒸馏水的水桶挑到空调机房。这个活儿，单位的几位弟兄轮流干了好几年。后来，大家把这活承包给了几位生活相对贫困的在读研究生，每次两个人，每人十元。清贫的研究生们年轻力壮，干得乐此不疲。
上个世纪80年代的设备，还没有“高性能计算机”这个听上去就颇有气势的称呼，使用繁琐之余，性能与今天的设备也不可同日而语。中国气象科学研究院使用的国产晶体管计算机DJS108计算速度只有不到1MFLOPS，内存只有32KB，没有磁盘，使用64/128KB的磁鼓。但这并不能阻止科研人员的探索，就是在这台机器上，气象部门研究出了我国最早进入实用阶段的数值天气预报模式。
此后，又利用陆续引进的大型计算机，将数值模式预报业务体系从无到有，慢慢建立起来。
【是继续坚守为数值模式发展立下了汗马功劳的向量机，还是转向代表未来发展方向的阵列机？专家之间、领导之间进行了激烈的讨论。】
20世纪90年代是我国数值模式预报业务蓬勃发展的时期，我国跻身少数能够发布中期数值预报的国家。理所当然地，数值模式繁荣的背后，少不了高性能计算与通信网络的大发展。随着高性能计算机能力的明显增强，银河Ⅱ、CRAY J90、CRAY EL98、CRAY C92、IBM SP、IBM SP2、曙光1000A……一系列高性能计算机陆续引入气象业务部门， T42L9、T63L16、 T106L19等模式随之成熟，科研与数据处理需求也得到了满足。尤为重要的是，随着9210工程的逐步落实，我国气象数据实现了首次实时收集和分发，数据从观测站到达预报员眼前的时间，从1小时以上缩短到了10分钟以内。
正当气象部门的计算能力蓬勃发展之际，高性能计算机本身也悄然迎来了变革。以CRAY为代表的并行向量处理结构超算，似乎碰到了发展的天花板。这类向量机运算效率很高，CPU很容易达到接近饱和的状态，但扩展能力较差。我们知道，气象业务与科研对计算能力的需求是不断增长的，但向量机却不能通过相对简单的升级来满足需求的增长，只能购买性能更强的新机，导致升级成本居高不下。更为严重的问题是，向量机生产厂商的推陈出新速度，已经赶不上需求的增长速度了。
就在此时，以大规模并行处理为特点的阵列式超算开始发展。由成百上千计算节点组成的并行处理系统，可以获得很高的峰值运算速度，且由于系统的内存分布于各个节点，具有易扩展性。
表面上看，从向量机迁移到阵列机理所当然，但毕竟两者结构完全不同，数值模式的移植远非复制粘贴那样简单，需要经过一系列复杂的调试、优化过程，面临许多未知的困难。是继续沿用向量机，降低模式研发运行的难度，还是转向阵列机，获得更强的计算能力和易扩展的优势？一场激烈的讨论在气象部门展开。
最终，代表着未来的阵列机赢得了“主动权”，上个世纪90年代后期，随着IBM SP、IBM SP2的先后引进，阵列机在气象部门全面铺开，后续的IBM Cluster1600、IBM FlexP460也遵循着这一路线。在这些超算上，中国气象局自主研发的新一代全球/区域通用数值天气预报系统（GRAPES）走过了从启动研发到业务化的光辉历程。
【高性能计算机发展的方向是众核计算。在气象部门最新引进的“派-曙光”国产高性能计算机上，设有众核小规模试验子系统，为数值模式的移植与优化未雨绸缪。】
时光来到2018年，在改革开放的第40个年头，中国气象局新一代高性能计算机系统“派-曙光”启动了业务化应用。新系统计算能力达到每秒8189.5万亿次浮点运算，存储能力达到23088TB。在引进“派-曙光”以后，中国气象局高性能计算机系统总体规模跃居气象领域世界第三位，仅次于英国气象局和日本气象厅。
但气象部门并未满足于此，因为高性能计算机领域的革新同样永无止境。曾蝉联世界超算冠军的“神威·太湖之光”基于众核处理器构建，在看得见的未来，这也代表了未来超算的发展方向，而如何将业已成熟的数值模式移植到众核架构的超算上，无疑是气象部门即将面临的一大挑战。
在“派-曙光”中，气象部门特意配置了小规模试验子系统，支持GPU/众核环境下气象模式的研发与试验，希望借此为将来迁移到众核系统做好准备。
与此同时，气象部门的计算资源还在一步步迈向集约、开放与共享，以往“一套系统一台机器”造成的烟囱林立现象正逐渐改善。集约化管理数据资源和高性能计算资源，构成丰沛的数据资源池，开放共享、各取所需，正是大势所趋。
站在改革开放40周年这个节点上，气象信息化发展也进入了新的阶段。而作为气象信息化基础设施的高性能计算资源，正为气象信息化与智慧气象建设的进一步发展铺就康庄大道。
（作者:国家气象信息中心副总工程师 沈文海 采访整理：刘钊 责任编辑：李慧）
