天河一号

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“天河一号”有多“超级”

作者：白瑞雪

来源：《科学之友》2009年第34期

中国首台千万亿次超级计算机“天河一号”究竟有多“超级”?以下是一组相关数字。

1206万亿次全系统峰值性能为每秒1206万亿次，Linpack实测性能为每秒563.1万亿次。这意味着，“天河一号”计算一天，一台配置Intel双核CDu、主频为2.5 GHz的微机需要计算160年。

1PB共享存储总容量为1PB。按国内数字图书馆应用软件的图片格式PDG为例计算，如果平均每册书大小约10MB的话，“天河一号”的存储量相当于4个国家图书馆(藏书量为2700万册)之和，能够为全国每人储存一张大小接近1 mb的照片。

19个飞船“天河一号”由103台机柜组成，每个机柜占地1.44m2、高2m、重1.5t，系统总重量相当于19个神舟飞船。把通风等条件考虑在内，放置“天河一号”需要一个近千平方米的房间。

20万行代码全系统包含6144个通用处理器(CPu)和5 120个加速处理器(GPU)，仅系统级软件就有20多万行代码。按照每人每小时写20行代码的速度，需要写10000h。

10Gbps互联通信网络的单根线传输速率为10Gbps，这是目前国际上最快的速率，相当于在“天河一号”计算机内部修了一条信息高速公路。

200人直接参与“天河一号”研发的科技人员有200多人，平均年龄为36岁。

6亿“天河一号”目前投资为6亿人民币。从信息技术的发展速度预计，使用寿命预计为10年。

探秘世界最快超算天河一号

处理器的性能提升一直决定着全球超级计算机运算能力的发展。过去的约10年里，TOP500全球最高速超级计算机的总运算性能提升速度基本上和摩尔定律保持一致。然而在2007年左右，TOP500超级计算机的性能开始明显的加速上涨，这一时间点，正是GPU被引入超级计算机的开端。从此GPU作为超级计算机中重要的性能部件彰显着不可替代的作用，CPU+GPU的异构超算能带来比同样规模的纯CPU提供数以倍计的浮点科学计算能力。

这种“异构计算”应用的典型例子就是中国的天河一号A，它使用了超过14000颗CPU，辅以7168颗Tesla M2050 GPU，总运算能力2.5PFLOPS，成为当今全球最强的超级计算机。天河一号主任设计师，国防科大计算机学院系统软件研究室主任杨灿群今天也到场介绍了该机的设计过程。据称，从去年的试验性系统，到今年的天河一号A，他们将GPU加速的效率从20%提升到了70%，同时使用自主开发的节点网络系统，规模和性能是去年使用的进口成套网络系统的两倍。

NV创始人黄仁勋在2010高性能计算峰会上专门讲述了天河一号A

跟随NVidia2010高性能计算峰会的脚步，我们有幸参观了国家超级计算天津中心，并进距离的深入了解其中的天河一号A超级计算机，这种机会非常难得。

国家超级计算天津中心 天河一号所在

国家超级计算天津中心

天河的命名来自于国防科大“银河”系列超级计算机与天津的结合。天河一号A配备了14336颗Intel Xeon X5670 2.93GHz六核心处理器(32nm

Westmere-EP)，2048颗我国自主研发的飞腾FT-1000八核心处理器，以及7168块NVIDIA Tesla M2050高性能计算卡，总计186368个核心，224TB内存，使用自主研制的互连网络架构、Linux操作系统，Linpack最大性能2.566PFlops(每秒千万亿次浮点运算)、峰值性能4.701PFlops，系统效率54.6%，技压群雄获最新全球超算TOP500排名首位，成为全球最强超级计算机。

“天河一号”：自主创新跃居世界榜首

——来自国防科学技术大学计算机学院的自主创新报告

□ 王握文 陈明

当地时间11月16日下午，美国新奥尔良市。在超级计算机2010国际会议上，国际超级 计算机TOP500组织正式发布第36届世界超级计算机500强排行榜，国防科学技术大学研制的“天河一号”超级计算机，以峰值速度4700万亿次、持续 速度2566万亿次每秒浮点运算的优异性能一举夺得世界冠军。

中国，这个有着“算盘王国”之称的国度，因为“天河一号”神奇的运算速度，首次站到了国际超级计算机世界之巅。这是我国在世界高技术领域取得的一个标志性重大突破，它标志着中国自主研制超级计算机综合技术水平进入世界领先行列。

从“零”的突破到跃居世界第一：自主创新攀登世界科技高峰

当国家超级计算天津中心主任刘光明研究员从美国田纳西大学杰克·唐加拉教授手中接过世界第一证书时，现场的记者将镜头一齐对准他，记录下了这一历史性时刻。

历史性的突破来之不易。这一刻的荣耀，该校科研人员在高性能计算领域整整为之奋斗了32年。

1983年11月，我国首台命名为“银河”的亿次巨型计算机在国防科学技术大学研制成功，中国从此成为继美、日之后，能独立设计和制造巨型机的国家。

此后，他们依靠自主创新，相继研制出“银河—Ⅱ”、“银河—III”等一系列巨型机，一步步将我国高性能计算机研制技术推向国际前沿。

2007年盛夏，第34届“国际计算机体系结构年会”在大洋彼岸的美国圣地亚哥召开， “天河一号”总设计师杨学军教授当时的一篇题为《64位流处理器体系结构研究》的论文，引起与会者的高度关注，他们从中看到了突破更高性能计算机的希望 ——采用“异构协同计算技术”来设计千万亿次超级计算机系统。

去年9月，“天河一号”一期系统——我国首台千万亿次超级计算机系统研制成功，令国际高 性能计算同行专家感到震惊。美国斯坦福大学计算机系主任比尔·戴利教授说：“中国的天河计算机采取的CPU与GPU融合的结构，代表了未来高性能计算机的 发展趋势。随着计算机规模的不断拓展，这种结构虽然不是唯一的解决方法，但目前看来是最好的。”

中国研制的超级计算机

中国研制的超级计算机2010-04-06 21：122009年10月29日，中国首台

千万亿次超级计算机"天河一号"诞生。这台计算机每秒1206万亿次的峰值速度

和每秒563.1万亿次的LINPACK实测性能，使中国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家。本文将简略介绍中国超级计算机的概

况，包括天河一号及2010年即将面世的曙光6000的简介。

1、什么是超级计算机

简单来说，超级计算机就是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量

最大的一类计算机，通常是指由数千甚至更多的处理器(机)组成的、能运算普

通PC机和服务器不能完成的大型复杂课题的计算机。多用于国家高科技领域和

尖端技术研究，是国家科技发展水平和综合国力的重要标志。在高运算速度前提下，人们可以通过数值模拟来预测和解释以前无法实验的自然现象，多应用

在工业、科研和学术等领域。

2009年世界排名第一的超级计算机走鹃(Roadrunner)

在过去的11年，计算机系统的性能从Gigaflops(1986年推出的Cray 2)、

到Teraflops(1997年推出的Intel ASCI Red)、再到Petaflops(2008年推出

的IBM Roadrunner)，性能增长了1000倍！虽然性能提升速度迅猛，但是高性能运算领域将越来越快被刷新纪录。

2、国内超级计算机发展历程

1983年我国第一台被命名为"银河"的亿次巨型电子计算机在国防科技大学诞生后，中国成了继美、日等国之后，能够独立设计和制造巨型计算机的国家。

超级计算机是一个国家科研实力的体现，它对国家安全，经济和社会发展具有举足轻重的意义。作为国防方面和高科技发展的要素，超级计算机早已成

为世界各国的竞争利器。时至今日，我国拥有超级计算机22台(中国内地19台，

香港1台，台湾2台)，居世界第5位，就拥有量和运算速度在世界上已处于领

先地位。

中国超级计算机发展年谱