科技源力！"天河一號(hào)"超級(jí)計(jì)算機(jī)揭秘

    泡泡網(wǎng)顯卡頻道12月14日 2011年12月14日 — 中國(guó)北京 — GPU技術(shù)大會(huì)亞洲站大幕拉開(kāi)，該大會(huì)是GPU技術(shù)大會(huì) (GTC)國(guó)際系列活動(dòng)中的下一項(xiàng)重要盛事。大會(huì)重點(diǎn)專(zhuān)注科學(xué)、學(xué)術(shù)以及商業(yè)等領(lǐng)域中基于 GPU 計(jì)算的最新進(jìn)展與研究項(xiàng)目。它將探討 GPU 技術(shù)在圖形、可視化以及計(jì)算等領(lǐng)域中的發(fā)展，還將討論視覺(jué)與并行計(jì)算的共生特性如何在高性能計(jì)算(HPC)方面實(shí)現(xiàn)突破。會(huì)議將在英偉達(dá) GPU 技術(shù)大會(huì)亞洲站網(wǎng)站上進(jìn)行直播。來(lái)自頂尖科學(xué)組織與研究機(jī)構(gòu)的領(lǐng)導(dǎo)人將在GPU技術(shù)大會(huì)亞洲站上亮相，參加各種展示會(huì)、專(zhuān)題報(bào)告會(huì)、小組討論會(huì)、圓桌會(huì)議以及教學(xué)會(huì)議。本次盛會(huì)面向這些利用 GPU 解決復(fù)雜計(jì)算難題的開(kāi)發(fā)者、程序員以及研究科學(xué)家。

    在英偉達(dá)總裁兼首席執(zhí)行官黃仁勛 (Jen-Hsun Huang)北京國(guó)家會(huì)議中心 發(fā)表完主題演講之后。緊接著，來(lái)自國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心的孟祥飛博士為大家揭開(kāi)了“天河一號(hào)”的神秘面紗……

    今年8月份新聞聯(lián)播播報(bào)以后，“天河一號(hào)”的名字家喻戶(hù)曉。這套我國(guó)國(guó)防科技大學(xué)自主研制的首個(gè)千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)榮登全球超級(jí)計(jì)算機(jī)之首，它的問(wèn)世也標(biāo)志著我國(guó)成為繼美國(guó)之后，第二個(gè)能夠研制千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)的國(guó)家。

    事實(shí)上天河一號(hào)09年問(wèn)世之初排名并不靠前，是去年，國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)在“天河一號(hào)”的基礎(chǔ)上，對(duì)加速節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了擴(kuò)充與升級(jí)，新的“天河一號(hào)A”系統(tǒng)實(shí)測(cè)運(yùn)算能力從上一代的每秒563.1萬(wàn)億次倍增至2507萬(wàn)億次，成為目前世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)！而全球折桂主要依賴(lài)NVIDIA顯卡通用計(jì)算的助力。

    在去年5月份出爐的世界超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)的榜單中，排行榜首的是來(lái)自美國(guó)Cray的美洲豹“Jaguar”，憑借1.75 PFlop/s(每秒1750萬(wàn)億次)的實(shí)測(cè)計(jì)算能力傲視群雄。從官方公布的數(shù)字來(lái)看，“Jaguar”采用了224162個(gè)處理器核心。

去年5月份的全球超級(jí)計(jì)算機(jī)排行榜單

　　而排行第二的是來(lái)自中國(guó)的“星云”，采用曙光TC3600模塊化刀片服務(wù)器作為節(jié)點(diǎn)，處理器是32nm工藝的六核至強(qiáng)X5650，并且采用了NVIDIA Tesla C2050 GPU做協(xié)處理，理論計(jì)算峰值性能可以達(dá)到每秒2980萬(wàn)億次，Linpack實(shí)測(cè)運(yùn)算能力為每秒1.271 PFlop/s(每秒1271萬(wàn)億次)，屈居亞軍。

去年“天河一號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)的基本參數(shù)

    其中排行第七的，正是國(guó)防科技大學(xué)去年研制的“天河一號(hào)”，它使用了2560塊HD4870X2作為加速節(jié)點(diǎn)，理論運(yùn)算能力可達(dá)每秒1206萬(wàn)億次，Linpack實(shí)測(cè)運(yùn)算能力為每秒563.1萬(wàn)億次，是第一次殺進(jìn)TOP10的國(guó)產(chǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)。

最新的中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)排行榜單

    現(xiàn)在，升級(jí)后的“天河一號(hào)A”超級(jí)計(jì)算機(jī)，將理論運(yùn)算能力提升至每秒4701萬(wàn)億次，實(shí)測(cè)運(yùn)算能力提升至每秒2507萬(wàn)億次的高度，從而一舉超越了“美洲豹”，榮登世界超級(jí)計(jì)算機(jī)排行榜榜首，成為地球上最快的計(jì)算機(jī)。

    “天河一號(hào)”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(lián)網(wǎng)絡(luò)，總計(jì)24576顆處理器核心，Linkpack最大性能563.10TFlops(每秒萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算)，峰值性能1206.19TFlops。

“天河一號(hào)A”系統(tǒng)概述

如今的天河一號(hào)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(jì)算卡，還有2048顆我國(guó)自主研發(fā)的飛騰FT-1000八核心處理器，總計(jì)20多萬(wàn)顆處理器核心，同時(shí)還更換為專(zhuān)有互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

“天河一號(hào)A”系統(tǒng)特點(diǎn)

    這樣一來(lái)，天河一號(hào)A的Linkpack最大性能飆升至2.507PFlops(每秒千萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算)，峰值性能更是高達(dá)4.7PFlops，分別是上代的4.4倍、3.9倍，而且得益于Fermi新架構(gòu)的Tesla GPU高性能計(jì)算卡，天河一號(hào)的系統(tǒng)效率(最大性能與峰值性能比值)明顯提升，從原來(lái)的46.7％升至53.3％。

    NVIDIA方面表示，如果單純使用傳統(tǒng)處理器的話，要達(dá)到同樣的性能需要至少50000顆，同時(shí)系統(tǒng)功耗也會(huì)達(dá)到驚人的1200萬(wàn)瓦特，而現(xiàn)在使用混合架構(gòu)之后功耗僅為404萬(wàn)瓦特，節(jié)省下來(lái)的電力足夠5000多戶(hù)居民使用一年。

    天河一號(hào)A坐落在國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心，現(xiàn)已投入全面運(yùn)轉(zhuǎn)，而且它還是一套開(kāi)放式訪問(wèn)系統(tǒng)，可用來(lái)執(zhí)行大規(guī)模科學(xué)計(jì)算。

天河一號(hào)A部分機(jī)柜實(shí)物

天河一號(hào)實(shí)際應(yīng)用之一：湍流模擬

天河一號(hào)實(shí)際應(yīng)用之二：分子動(dòng)力學(xué)模擬

天河一號(hào)實(shí)際應(yīng)用之三：磁約束聚變模擬

天河一號(hào)實(shí)際應(yīng)用之四：高速粒子碰撞模擬

天河一號(hào)實(shí)際應(yīng)用之五：地震數(shù)據(jù)處理

天河一號(hào)實(shí)際應(yīng)用之六：生物分子動(dòng)力學(xué)模擬

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    之前，國(guó)防科技大學(xué)在鳥(niǎo)巢附近的國(guó)家會(huì)議中心展出了“天河一號(hào)A”超級(jí)計(jì)算機(jī)的詳細(xì)配件和系統(tǒng)構(gòu)成，下面是這個(gè)龐然大物的冰山一角：

“天河一號(hào)A”的三大核心組件

    “天河一號(hào)A”恐怖的運(yùn)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(jì)算卡，還有2048顆我國(guó)自主研發(fā)的飛騰FT-1000八核心處理器，總計(jì)20多萬(wàn)顆處理器核心。這些不同種類(lèi)的處理器是以單個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的方式，通過(guò)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)連接在一體。

    超級(jí)計(jì)算機(jī)恐怖的運(yùn)算能力，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是靠堆CPU、GPU來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但如何將龐大數(shù)量的處理器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點(diǎn)集合起來(lái)、讓它們高速并行的協(xié)同工作，這就是硬件方面最大的難點(diǎn)。“天河一號(hào)A”通過(guò)使用自主研發(fā)的處理器、網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)芯片，解決了這一難題，從而實(shí)現(xiàn)了不可思議的硬件規(guī)模和傲視群雄的運(yùn)算能力。

下面為組成“天河一號(hào)A”的部分國(guó)產(chǎn)處理器芯片：

    “天河一號(hào)”在國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心完成安裝部署完畢，除了自由數(shù)據(jù)處理以外，已經(jīng)面向國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)招標(biāo)開(kāi)放。目前已經(jīng)和數(shù)百個(gè)企業(yè)有業(yè)務(wù)來(lái)往，80多個(gè)企業(yè)簽訂了使用合同。為石油勘探數(shù)據(jù)處理、生物醫(yī)藥研究、航空航天裝備研制、衛(wèi)星遙感、基礎(chǔ)科學(xué)理論計(jì)算等領(lǐng)域內(nèi)的大規(guī)模計(jì)算提供服務(wù)，推動(dòng)著我國(guó)，乃至全球前沿科技的迅速發(fā)展！■<