中国超级计算机首次跻身全球五强!!

北京时间2009年11月16日下午消息,据国外媒体报道,美国橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)的一台Cray超级计算机超过今年6月的冠军,重新夺回了全球第一超级计算机的桂冠。天津的“天河1号”则位列本次榜单第5位,这是中国超级计算机截至目前获得的最高排名。




美国橡树岭国家实验室的这台升级版Cray“美洲豹”(Jaguar)超级计算机的计算核心为22.4162万个,运算速度达到每秒1.759 petaflop。其竞争对手、美国新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)的IBM“走鹃”系统的速度仅为每秒1.042 petaflop。1 petaflop等于10的15次幂次浮点运算。




本次的全球超级计算机500强结果将于当地时间周一在美国俄勒冈州波特兰市公布。这一榜单每年评选两次,目前已经是第34届。本次入榜的系统总运算能力已经达到27.6 petaflop,今年6月的榜单总运算能力为22.6 petaflop。




全球超级计算机500强采用Linpack基准测试来对系统进行排名。2008年6月发布的走鹃系统是首个在Linpack基准测试中运算速度超过每秒1 petaflop的超级计算机。2009年6月,走鹃以每秒1.105 petaflop位居全球超级计算机500强首位,但在本次最新排名中却屈居第二。美洲豹今年6月的成绩是1.059 petaflop,位居第二,但该系统本次升级了全新的处理器,并一举夺得冠军。美洲豹系统是基于Cray XT5 Linux超级计算机平台搭建而成,使用AMD皓龙(Opteron)处理器,其峰值速度可达每秒2.3 petaflop。




排名第三的是美国田纳西大学国家计算科学研究院(National Institute for Computational Sciences)的“海妖”(Kraken)系统,其Linpack基准测试速度为832 teraflop。该系统同样采用Cray XT5平台,其今年6月的排名为第6,当时的Linpack基准测试速度为463 teraflop。1 teraflop等于10的12次幂次浮点运算。




中国最快的超级计算机是来自天津的“天河1号”,该系统的Linpack基准测试速度为每秒563 teraflop,位居本次榜单第5位。该产品使用英特尔至强处理器,并利用AMD的GPU作为加速器。该产品共有7.168万个计算核心,每个节点都拥有两个至强处理器配合两个AMD的GPU。天河1号是由国防科技大学国家超级计算机中心研制,主要为中国东北部提供高性能计算服务。该系统主要用于石油勘探和飞机设计。




除天河1号以外,排名前10的系统中唯一一个来自美国以外的是德国Forschungszentrum Juelich中心的IBM Jugene系统。该系统排名第4,Linpack基准测试速度为每秒832 teraflop。




在本次全球超级计算机500强榜单中,美国占据主导地位,共有277个系统入围,欧洲入围153个系统,亚洲入围50个。要入围本次榜单,至少要达到每秒20 teraflop的速度,而一年前的门槛为每秒17.1 teraflop。




本次入围的所有系统中,采用英特尔处理器的为402个,占80.4%,较今年6月的399个略有提升;采用IBM的架构的系统有52个,低于6月份的55个;AMD皓龙处理器共出现在42个系统中。




本次共有426个系统使用了四核处理器,只有59个系统使用双核处理器,而使用单核处理器的系统仅为4个。还有6个系统使用了IBM的九核Cell Broadband Engine处理器。该处理器还被应用于索尼PlayStation 3游戏机中。




本次使用Gigabit Ethernet内部连接技术的系统共有259个,使用InfiniBand技术的有181个。


在本次排行榜中入围的惠普系统共有210个,占总数的42%,IBM仅为185个。但IBM的系统总运算性能最高,占全部系统总运算性能的34.8%,低于今年6月的39.8%。惠普占本次全部系统总运算性能的22.8%。




全球超级计算机500强榜单由德国曼海姆大学、美国田纳西大学、美国伯克利国家实验室国家能源研究科学计算中心的多名专家共同汇编而成。

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计算机专家全方位揭秘“天河一号”




中国首台千万亿次超级计算机“天河一号”诞生之际,计算机专家对这台全方位的结构、特点与功能进行了全方位解读。




千万亿次是一个质的变化




随着“天河一号”研制成功,中国高性能计算机的峰值性能提升到了每秒1206万亿次。这个数字意味着,“天河一号”计算一天,一台配置Intel双核CPU、主频为2.5GHz的微机需要计算160年。就共享存储总容量而言,“天河一号”的存储量相当于4个藏书量为2700万册的国家图书馆。




在超级计算机不断提高运算速度的过程中,千万亿次是一个难以逾越的“瓶颈”。


美国早在上个世纪90年代就提出了做千万亿次巨型计算机的目标,直到2007年才实现。截至2009年6月,世界上仅有3台千万亿次的计算机。




“国际计算机界认为,从百万亿次提升到千万亿次是一个质的变化,不可能通过单纯扩大规模来实现,而是需要体系结构上的改变。”国防科技大学教授窦文华说,“天河一号”采用了全新的多阵列可配置协同并行的体系结构,从而实现了系统性能的提升。窦文华认为,这种体系结构具备构建下一个量级即万万亿次计算机的能力,将会成为下一代高新计算机的主流结构。




“某些领域的现实需求,已经超出了目前巨型机的能力。”窦文华说,气候预报、环境控制、飞行器设计、系统生物学等领域都需要千万亿次甚至更高性能的计算机。因此,“天河一号”投入使用后,必将推动科学研究的速度。




七大技术四大特点




一台千万亿次的“天河一号”,是否等于10个百万亿次巨型机之和?中国科学院院士周兴铭说,系统的效能绝不是各单元计算效能的简单叠加。




“如果用高性能微处理器直接堆出一个千万亿次的系统,功率会大得惊人,用户可能连电费都付不起,同时机器的可靠性很低,根本无法稳定工作。表面上看‘干活’的器件多了,结果却是‘三个和尚没水吃’。”周兴铭说,“天河一号”采用7项关键技术,使得“一加一”的结果尽量接近“二”,从而发挥出机器最大的整体效能。




这7项技术包括:多阵列可配置协同并行体系结构、高速率扩展互联通信技术、高效异构协同计算技术、基于隔离的安全控制技术、虚拟化的网络计算支撑技术、多层次的大规模系统容错技术和系统能耗综合控制技术。




周兴铭介绍说,这台计算机具有四大特点:




——高性能。无论是1206万亿次的峰值性能,还是563.1万亿次的Linpack实测性能,均位于国内榜首、世界一流。




——低能耗。能耗是每瓦电创造的计算效能,“天河一号”目前能效为每瓦4.3亿次运算,与2009年6月公布的Top500(全球超级计算机前500强)排名第一的美国“走鹃”(Roadrunner)相当。参照2009年6月公布的Green500(全球绿色超级计算机前500强)排名,“天河一号”可以位居第5。




——高安全。“天河”实现了不同用户间数据和工作信息的相互隔离。对用户来说,相当于到银行租个保险柜,钥匙掌握自己手里。




——易使用。“傻瓜化”的操作界面和菜单、鼠标等常规操作,让机器的使用变得简单。同时,作为一台国际通用的标准化的超级计算机,“天河”上能运行来自各行业的各种程序,不存在兼容性问题。




公共服务设施承载三大功能




“天河一号”将于2009年底至2010年在天津市滨海新区落户,成为国家超级计算天津中心的业务主机,面向国内外提供超级计算服务。




“天河”工程办公室主任李楠说,“天河一号”在投入使用后将实现三大功能。


第一,作为提供超级计算服务的全球公共科研设施,“天河”向国内外用户开放。无论身在何处,用户都可以通过国际互联网使用“天河”进行科学计算。


第二,作为产业带动平台,“天河”上集中的当今时代最先进的信息技术将逐步转移到其他产业,从而解决国家与社会发展中的各种问题。


第三,作为吸引人才的平台,“天河”将进一步汇聚来自世界各地的尖端技术人才,对国民经济和世界科技的可持续发展作出更多贡献。




李楠说,“天河”将用于石油勘探数据处理、生物医药研究、航空航天装备研制、资源勘探和卫星遥感数据处理、金融工程数据分析、环渤海生态动力和污染数值模拟、基础科学理论计算等方面。




能代替人脑吗?




“计算机无法代替人脑。”国防科技大学教授李思昆说,人脑与计算机的一个根本区别在于,人能够发现规律,而计算机只能根据人发现的规律和设计的方法进行计算。




李思昆说,超级计算机之所以能与人对弈,就是因为人们把下棋的规律转化成了可以计算的模型。


“辩证法认为,世界是有规律的。但还有很多问题比如爱情,人类尚未发现其中的规律,而已经发现的规律中也有可计算的和不可计算的。换句话说,只要人类能够发现规律、并且找到方法把规律变成可计算的问题从而建立起物理和数学模型,计算机就能够替代人类在这些问题中的劳动。”李思昆说。




人脑的奇妙性,让科学计算与世界无限未知的哲学命题紧密相连。




仅就代数计算而言的话,“天河一号”一秒钟能进行1206万亿次计算,人却只能进行大约一次运算。然而,记住对方的长相这样一个人在瞬间就能完成的图像识别工作,计算机却要经历一个极其复杂的并行计算过程。




“今天看来不可计算的规律,在未来某天也许能够进行计算。但人类又会不断发现更多未知的领域和更多不可计算的规律。”李思昆说。

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我国首台千万亿次巨型机研制成功




新华网长沙2009年10月29日电




随着第一台国产千万亿次超级计算机29日在湖南长沙亮相,作为算盘这一古老计算器的发明者,中国拥有了历史上计算速度最快的工具。




每秒钟1206万亿次的峰值速度和每秒563.1万亿次的Linpack实测性能,使这台名为“天河一号”的计算机位居同日公布的中国超级计算机前100强之首,也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。




这个速度意味着,如果用“天河一号”计算一天,一台当前主流微机得算160年。“天河一号”的存储量,则相当于4个国家图书馆藏书量之和。




超级计算机又称高性能计算机、巨型计算机,是世界公认的高新技术制高点和21世纪最重要的科学领域之一。




作为中国高技术研究发展计划(863计划)中的一个重大项目,“天河一号”的设计始于2008年。




“随着我国经济的发展,环境控制、生物医药等领域已经对千万亿次甚至更高性能的计算机提出了现实需求。”国防科技大学校长张育林说。


国防科技大学是“天河一号”的研制者。1983年面世的中国第一台亿次计算机“银河一号”,同样诞生在这所大学。




“超级计算机的研制历程表明,我们要在高技术领域有所作为,必须走一条中国特色的自主创新之路。”张育林说,“一味追求国际排名是没有意义的,只有在核心技术、实际效益和人才培养上不断实现新的突破,科学研究才有了持续发展的动力。”




采用了“多阵列可配置协同并行体系结构”等7项关键创新技术的“天河一号”,综合技术水平位居世界前列,具有高性能、高能效、高安全和易使用的特点。在实现技术跨越的同时,由200多人组成、平均年龄为36岁的“天河”团队还首次尝试了军地合作、多家单位协同攻关的开发模式。




中国传统文化里,“天河”是银河的别称。张育林说,这台计算机的名字暗示着天津与“银河一号”计算机诞生地之间的合作。


2010年年底之前,这台由103个机柜组成、占地面积近千平方米、总重量155吨的庞大计算机将安装到中国两个国家级超级计算中心之一的天津中心,向国内外用户提供超级计算服务。




“在现代科学发展中,计算已经成为与理论和实验并行的第3大引擎。”国家超级计算天津中心主任刘光明说,“天河一号”将在资源勘探、生物医药研究、航空航天装备研制、金融工程、新材料开发等方面得到广泛应用。




“‘天河’的平台是开放的,我们愿意与全世界共享中国的创新成果。”刘光明说。



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