科技源力！"天河一号"超级计算机揭秘

    泡泡网显卡频道12月14日 2011年12月14日 — 中国北京 — GPU技术大会亚洲站大幕拉开，该大会是GPU技术大会 (GTC)国际系列活动中的下一项重要盛事。大会重点专注科学、学术以及商业等领域中基于 GPU 计算的最新进展与研究项目。它将探讨 GPU 技术在图形、可视化以及计算等领域中的发展，还将讨论视觉与并行计算的共生特性如何在高性能计算(HPC)方面实现突破。会议将在英伟达 GPU 技术大会亚洲站网站上进行直播。来自顶尖科学组织与研究机构的领导人将在GPU技术大会亚洲站上亮相，参加各种展示会、专题报告会、小组讨论会、圆桌会议以及教学会议。本次盛会面向这些利用 GPU 解决复杂计算难题的开发者、程序员以及研究科学家。

    在英伟达总裁兼首席执行官黄仁勋 (Jen-Hsun Huang)北京国家会议中心 发表完主题演讲之后。紧接着，来自国家超级计算天津中心的孟祥飞博士为大家揭开了“天河一号”的神秘面纱……

    今年8月份新闻联播播报以后，“天河一号”的名字家喻户晓。这套我国国防科技大学自主研制的首个千万亿次超级计算机系统荣登全球超级计算机之首，它的问世也标志着我国成为继美国之后，第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家。

    事实上天河一号09年问世之初排名并不靠前，是去年，国防科学技术大学在“天河一号”的基础上，对加速节点进行了扩充与升级，新的“天河一号A”系统实测运算能力从上一代的每秒563.1万亿次倍增至2507万亿次，成为目前世界上最快的超级计算机！而全球折桂主要依赖NVIDIA显卡通用计算的助力。

    在去年5月份出炉的世界超级计算机500强的榜单中，排行榜首的是来自美国Cray的美洲豹“Jaguar”，凭借1.75 PFlop/s(每秒1750万亿次)的实测计算能力傲视群雄。从官方公布的数字来看，“Jaguar”采用了224162个处理器核心。

去年5月份的全球超级计算机排行榜单

　　而排行第二的是来自中国的“星云”，采用曙光TC3600模块化刀片服务器作为节点，处理器是32nm工艺的六核至强X5650，并且采用了NVIDIA Tesla C2050 GPU做协处理，理论计算峰值性能可以达到每秒2980万亿次，Linpack实测运算能力为每秒1.271 PFlop/s(每秒1271万亿次)，屈居亚军。

去年“天河一号”超级计算机的基本参数

    其中排行第七的，正是国防科技大学去年研制的“天河一号”，它使用了2560块HD4870X2作为加速节点，理论运算能力可达每秒1206万亿次，Linpack实测运算能力为每秒563.1万亿次，是第一次杀进TOP10的国产超级计算机。

最新的中国超级计算机排行榜单

    现在，升级后的“天河一号A”超级计算机，将理论运算能力提升至每秒4701万亿次，实测运算能力提升至每秒2507万亿次的高度，从而一举超越了“美洲豹”，荣登世界超级计算机排行榜榜首，成为地球上最快的计算机。

    “天河一号”去年采用的是Intel Xeon E5540/E5450四核心处理器、AMD Radeon HD 4870 X2显卡、Infiniband互联网络，总计24576颗处理器核心，Linkpack最大性能563.10TFlops(每秒万亿次浮点运算)，峰值性能1206.19TFlops。

“天河一号A”系统概述

如今的天河一号A则改装了14336颗Intel Xeon X5670 2.93GHz六核心处理器、7168块NVIDIA Tesla M2050高性能计算卡，还有2048颗我国自主研发的飞腾FT-1000八核心处理器，总计20多万颗处理器核心，同时还更换为专有互联网络。

“天河一号A”系统特点

    这样一来，天河一号A的Linkpack最大性能飙升至2.507PFlops(每秒千万亿次浮点运算)，峰值性能更是高达4.7PFlops，分别是上代的4.4倍、3.9倍，而且得益于Fermi新架构的Tesla GPU高性能计算卡，天河一号的系统效率(最大性能与峰值性能比值)明显提升，从原来的46.7％升至53.3％。

    NVIDIA方面表示，如果单纯使用传统处理器的话，要达到同样的性能需要至少50000颗，同时系统功耗也会达到惊人的1200万瓦特，而现在使用混合架构之后功耗仅为404万瓦特，节省下来的电力足够5000多户居民使用一年。

    天河一号A坐落在国家超级计算天津中心，现已投入全面运转，而且它还是一套开放式访问系统，可用来执行大规模科学计算。

天河一号A部分机柜实物

天河一号实际应用之一：湍流模拟

天河一号实际应用之二：分子动力学模拟

天河一号实际应用之三：磁约束聚变模拟

天河一号实际应用之四：高速粒子碰撞模拟

天河一号实际应用之五：地震数据处理

天河一号实际应用之六：生物分子动力学模拟

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    之前，国防科技大学在鸟巢附近的国家会议中心展出了“天河一号A”超级计算机的详细配件和系统构成，下面是这个庞然大物的冰山一角：

“天河一号A”的三大核心组件

    “天河一号A”恐怖的运算能力源自于14336颗Intel Xeon X5670 2.93GHz六核心处理器、7168块NVIDIA Tesla M2050高性能计算卡，还有2048颗我国自主研发的飞腾FT-1000八核心处理器，总计20多万颗处理器核心。这些不同种类的处理器是以单个计算节点的方式，通过专用网络连接在一体。

    超级计算机恐怖的运算能力，简单来说就是靠堆CPU、GPU来实现的，但如何将庞大数量的处理器通过网络和节点集合起来、让它们高速并行的协同工作，这就是硬件方面最大的难点。“天河一号A”通过使用自主研发的处理器、网络、互联芯片，解决了这一难题，从而实现了不可思议的硬件规模和傲视群雄的运算能力。

下面为组成“天河一号A”的部分国产处理器芯片：

    “天河一号”在国家超级计算天津中心完成安装部署完毕，除了自由数据处理以外，已经面向国内外市场招标开放。目前已经和数百个企业有业务来往，80多个企业签订了使用合同。为石油勘探数据处理、生物医药研究、航空航天装备研制、卫星遥感、基础科学理论计算等领域内的大规模计算提供服务，推动着我国，乃至全球前沿科技的迅速发展！■<