科技源力！"天河一號"超級計算機揭秘

    泡泡網顯卡頻道12月14日 2011年12月14日 — 中國北京 — GPU技術大會亞洲站大幕拉開，該大會是GPU技術大會 (GTC)國際系列活動中的下一項重要盛事。大會重點專注科學、學術以及商業等領域中基于 GPU 計算的最新進展與研究項目。它將探討 GPU 技術在圖形、可視化以及計算等領域中的發展，還將討論視覺與并行計算的共生特性如何在高性能計算(HPC)方面實現突破。會議將在英偉達 GPU 技術大會亞洲站網站上進行直播。來自頂尖科學組織與研究機構的領導人將在GPU技術大會亞洲站上亮相，參加各種展示會、專題報告會、小組討論會、圓桌會議以及教學會議。本次盛會面向這些利用 GPU 解決復雜計算難題的開發者、程序員以及研究科學家。

    在英偉達總裁兼首席執行官黃仁勛 (Jen-Hsun Huang)北京國家會議中心 發表完主題演講之后。緊接著，來自國家超級計算天津中心的孟祥飛博士為大家揭開了“天河一號”的神秘面紗……

    今年8月份新聞聯播播報以后，“天河一號”的名字家喻戶曉。這套我國國防科技大學自主研制的首個千萬億次超級計算機系統榮登全球超級計算機之首，它的問世也標志著我國成為繼美國之后，第二個能夠研制千萬億次超級計算機的國家。

    事實上天河一號09年問世之初排名并不靠前，是去年，國防科學技術大學在“天河一號”的基礎上，對加速節點進行了擴充與升級，新的“天河一號A”系統實測運算能力從上一代的每秒563.1萬億次倍增至2507萬億次，成為目前世界上最快的超級計算機！而全球折桂主要依賴NVIDIA顯卡通用計算的助力。

    在去年5月份出爐的世界超級計算機500強的榜單中，排行榜首的是來自美國Cray的美洲豹“Jaguar”，憑借1.75 PFlop/s(每秒1750萬億次)的實測計算能力傲視群雄。從官方公布的數字來看，“Jaguar”采用了224162個處理器核心。

去年5月份的全球超級計算機排行榜單

　　而排行第二的是來自中國的“星云”，采用曙光TC3600模塊化刀片服務器作為節點，處理器是32nm工藝的六核至強X5650，并且采用了NVIDIA Tesla C2050 GPU做協處理，理論計算峰值性能可以達到每秒2980萬億次，Linpack實測運算能力為每秒1.271 PFlop/s(每秒1271萬億次)，屈居亞軍。

去年“天河一號”超級計算機的基本參數

    其中排行第七的，正是國防科技大學去年研制的“天河一號”，它使用了2560塊HD4870X2作為加速節點，理論運算能力可達每秒1206萬億次，Linpack實測運算能力為每秒563.1萬億次，是第一次殺進TOP10的國產超級計算機。

最新的中國超級計算機排行榜單

    現在，升級后的“天河一號A”超級計算機，將理論運算能力提升至每秒4701萬億次，實測運算能力提升至每秒2507萬億次的高度，從而一舉超越了“美洲豹”，榮登世界超級計算機排行榜榜首，成為地球上最快的計算機。

    “天河一號”去年采用的是Intel Xeon E5540/E5450四核心處理器、AMD Radeon HD 4870 X2顯卡、Infiniband互聯網絡，總計24576顆處理器核心，Linkpack最大性能563.10TFlops(每秒萬億次浮點運算)，峰值性能1206.19TFlops。

“天河一號A”系統概述

如今的天河一號A則改裝了14336顆Intel Xeon X5670 2.93GHz六核心處理器、7168塊NVIDIA Tesla M2050高性能計算卡，還有2048顆我國自主研發的飛騰FT-1000八核心處理器，總計20多萬顆處理器核心，同時還更換為專有互聯網絡。

“天河一號A”系統特點

    這樣一來，天河一號A的Linkpack最大性能飆升至2.507PFlops(每秒千萬億次浮點運算)，峰值性能更是高達4.7PFlops，分別是上代的4.4倍、3.9倍，而且得益于Fermi新架構的Tesla GPU高性能計算卡，天河一號的系統效率(最大性能與峰值性能比值)明顯提升，從原來的46.7％升至53.3％。

    NVIDIA方面表示，如果單純使用傳統處理器的話，要達到同樣的性能需要至少50000顆，同時系統功耗也會達到驚人的1200萬瓦特，而現在使用混合架構之后功耗僅為404萬瓦特，節省下來的電力足夠5000多戶居民使用一年。

    天河一號A坐落在國家超級計算天津中心，現已投入全面運轉，而且它還是一套開放式訪問系統，可用來執行大規模科學計算。

天河一號A部分機柜實物

天河一號實際應用之一：湍流模擬

天河一號實際應用之二：分子動力學模擬

天河一號實際應用之三：磁約束聚變模擬

天河一號實際應用之四：高速粒子碰撞模擬

天河一號實際應用之五：地震數據處理

天河一號實際應用之六：生物分子動力學模擬

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    之前，國防科技大學在鳥巢附近的國家會議中心展出了“天河一號A”超級計算機的詳細配件和系統構成，下面是這個龐然大物的冰山一角：

“天河一號A”的三大核心組件

    “天河一號A”恐怖的運算能力源自于14336顆Intel Xeon X5670 2.93GHz六核心處理器、7168塊NVIDIA Tesla M2050高性能計算卡，還有2048顆我國自主研發的飛騰FT-1000八核心處理器，總計20多萬顆處理器核心。這些不同種類的處理器是以單個計算節點的方式，通過專用網絡連接在一體。

    超級計算機恐怖的運算能力，簡單來說就是靠堆CPU、GPU來實現的，但如何將龐大數量的處理器通過網絡和節點集合起來、讓它們高速并行的協同工作，這就是硬件方面最大的難點。“天河一號A”通過使用自主研發的處理器、網絡、互聯芯片，解決了這一難題，從而實現了不可思議的硬件規模和傲視群雄的運算能力。

下面為組成“天河一號A”的部分國產處理器芯片：

    “天河一號”在國家超級計算天津中心完成安裝部署完畢，除了自由數據處理以外，已經面向國內外市場招標開放。目前已經和數百個企業有業務來往，80多個企業簽訂了使用合同。為石油勘探數據處理、生物醫藥研究、航空航天裝備研制、衛星遙感、基礎科學理論計算等領域內的大規模計算提供服務，推動著我國，乃至全球前沿科技的迅速發展！■<