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“中國(guó)速度”再次震驚世界:11月14日,世界權(quán)威的國(guó)際TOP500組織在其網(wǎng)站上公布了全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)最新排行榜,中國(guó)自主研制的“天河一號(hào)”二期系統(tǒng)(TH—1A)躍居榜首,成為世界運(yùn)算速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)。
“天河一號(hào)”的運(yùn)算速度有多快?它是干什么用的?“中國(guó)速度”全球第一能保持多久?本文為你一探究竟。
11月16日,在位于天津?yàn)I海新區(qū)的國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心二樓,記者見到了全球冠軍“天河一號(hào)”:140個(gè)看上去像黑色冰箱的機(jī)柜,在700平方米的機(jī)房?jī)?nèi)整整齊齊排成13排。
“超級(jí)計(jì)算機(jī)被譽(yù)為計(jì)算機(jī)中的珠穆朗瑪峰,代表了一個(gè)國(guó)家計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用的最高水平!薄疤旌右惶(hào)”工程辦主任李楠研究員告訴記者,TOP500排名榜目前由德國(guó)曼海姆大學(xué)、美國(guó)田納西大學(xué)、美國(guó)能源研究科學(xué)計(jì)算中心(NERSC)、勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合舉辦,已成為衡量各國(guó)超級(jí)計(jì)算水平最重要的參考依據(jù)。
在這次TOP500榜單中,中國(guó)在前十中占有2席,僅次于美國(guó);在前500強(qiáng)中,我們占了41席,總體占有率8.2%,位居第二。而在2009年11月的TOP500排名中,我國(guó)還只有21臺(tái),總體占有率4.2%,位列第五!斑@說明,我國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)研制水平在以較快的速度,整體趕超!崩铋d奮地說。
特點(diǎn)
速度全球第一,能效世界領(lǐng)先
“天河一號(hào)”的速度有多快?
李楠告訴記者,“天河一號(hào)”的峰值運(yùn)算速度為每秒4700萬(wàn)億次!疤旌右惶(hào)”運(yùn)算1小時(shí),相當(dāng)于全國(guó)13億人同時(shí)計(jì)算340年以上;“天河一號(hào)”運(yùn)算1天,相當(dāng)于1臺(tái)雙核的高檔桌面電腦運(yùn)算620年以上。
“天河一號(hào)”的存儲(chǔ)容量也大得驚人:其存儲(chǔ)容量為2PB,也就是2千萬(wàn)億個(gè)字節(jié)。1個(gè)漢字平均為2個(gè)字節(jié),“天河一號(hào)”即可在線存儲(chǔ)1千萬(wàn)億個(gè)漢字,相當(dāng)于存儲(chǔ)100萬(wàn)字的書籍10億冊(cè)。
“‘天河一號(hào)’還是同行中的綠色先鋒。”李楠介紹說,總功耗和能效值也是當(dāng)前衡量超級(jí)計(jì)算機(jī)是否先進(jìn)的重要指標(biāo),前者是指超級(jí)計(jì)算機(jī)滿負(fù)荷工作時(shí)的最大功耗值,后者是指“每瓦特可實(shí)現(xiàn)‘每秒多少百萬(wàn)次雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算’”(MFlops/W),這是衡量超級(jí)計(jì)算機(jī)是否綠色、低碳的指標(biāo)。
據(jù)他介紹,“天河一號(hào)”滿負(fù)荷運(yùn)行的總功耗是4.04兆瓦,每小時(shí)耗電4040度,24小時(shí)滿負(fù)荷工作耗電接近10萬(wàn)度!斑@個(gè)數(shù)字聽上去很驚人,但其實(shí),‘天河一號(hào)’是一臺(tái)節(jié)能的綠色超級(jí)計(jì)算機(jī)!崩铋f,經(jīng)過測(cè)算,它的能效值為635.15MFlops/W,也就是每瓦特可實(shí)現(xiàn)每秒635.15百萬(wàn)次浮點(diǎn)運(yùn)算。這個(gè)能效值,目前僅低于能效排名世界第一的“IBM藍(lán)色基因”。
“此外,‘天河一號(hào)’還具有高安全性的特點(diǎn)!薄疤旌右惶(hào)”主任設(shè)計(jì)師盧宇彤研究員介紹,其所采用的國(guó)防科技大學(xué)自主研制的麒麟操作系統(tǒng),是國(guó)內(nèi)唯一通過了國(guó)家公安部B2級(jí)(最高等級(jí))認(rèn)證的操作系統(tǒng)。“用戶使用麒麟操作系統(tǒng),可定制自己的私密工作空間,就像租用了銀行的保險(xiǎn)箱一樣,鑰匙和密鑰都在用戶手上,其它用戶甚至系統(tǒng)管理員都不能訪問。而且,麒麟操作系統(tǒng)的有關(guān)內(nèi)核和接口是我們自行定義和自行研制的,黑客很難理解和掌握!北R宇彤笑著說。
應(yīng)用
破解計(jì)算問題,助推戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)
“超級(jí)計(jì)算機(jī)是需求牽引的產(chǎn)物。”李楠說,經(jīng)濟(jì)、科技、國(guó)防等領(lǐng)域存在一系列復(fù)雜、大型的問題需要求解,科學(xué)家經(jīng)過長(zhǎng)期努力,為這些問題建立了越來(lái)越精細(xì)的物理模型,通過相應(yīng)的計(jì)算方法,可以在計(jì)算機(jī)上求解。這些計(jì)算問題中,最復(fù)雜、最大型的一類,被稱之為“挑戰(zhàn)性計(jì)算問題”,必須依賴運(yùn)算速度極快的大容量大型計(jì)算機(jī),才能在有效的時(shí)間內(nèi)完成。
據(jù)李楠介紹,超級(jí)計(jì)算機(jī)能夠有力推動(dòng)國(guó)家科技創(chuàng)新能力的提升。理論研究、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算,是科學(xué)研究常用的三種手段,超級(jí)計(jì)算機(jī)可以幫助科學(xué)家更好地理解自然世界、發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律,從而推動(dòng)科技進(jìn)步。例如,2007年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者彼得·格林貝格爾,就是德國(guó)尤利西研究中心的科學(xué)家。他借助該中心裝備的超級(jí)計(jì)算機(jī),發(fā)現(xiàn)了“巨磁電阻”效應(yīng),使得小型大容量硬盤成為可能。
其次,超級(jí)計(jì)算機(jī)能夠有力推動(dòng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。除了新能源、新材料、生物醫(yī)藥、節(jié)能環(huán)保等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),天氣預(yù)報(bào)、氣候預(yù)測(cè)、地震監(jiān)測(cè)等社會(huì)保障事業(yè),對(duì)超級(jí)計(jì)算的依賴性也越來(lái)越強(qiáng)。
國(guó)家超算天津中心副主任朱小謙研究員告訴記者,目前“天河一號(hào)”已成功應(yīng)用于石油勘探、高端裝備研制、生物醫(yī)藥、動(dòng)漫設(shè)計(jì)、新能源、新材料、工程設(shè)計(jì)與仿真分析、氣象預(yù)報(bào)等領(lǐng)域,先后為20多個(gè)單位提供了高性能計(jì)算服務(wù)。其中,中國(guó)科學(xué)院軟件研究所已用“天河一號(hào)”進(jìn)行了全球大氣淺水波全隱式數(shù)值模擬和地球外核熱流動(dòng)數(shù)值模擬兩大科學(xué)難題研究。他們的評(píng)價(jià)是:“天河一號(hào)”穩(wěn)定可靠、使用界面友好,尤其是自主開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)帶寬高、延遲低,與“IBM藍(lán)色基因”等相比毫不遜色。
前景
獲歷史性突破,整體差距猶在
“我國(guó)的高端信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)還處在發(fā)展過程中,‘天河一號(hào)’此次奪魁,是歷史性的突破,實(shí)屬不易。”李楠說,它在國(guó)際上首創(chuàng)了CPU和GPU相融合的高效并行計(jì)算體系結(jié)構(gòu),突破了具有世界領(lǐng)先水平的高速互連通信技術(shù)。這再次證明,只要我們找準(zhǔn)突破口,堅(jiān)持自主創(chuàng)新,就能夠研制出具有世界領(lǐng)先水平的產(chǎn)品,變“中國(guó)制造”為“中國(guó)創(chuàng)造”。
“當(dāng)然,我們對(duì)取得的成績(jī)要有一個(gè)理性的判斷,不能沾沾自喜!薄疤旌右惶(hào)”副總設(shè)計(jì)師胡慶豐研究員說,從歷史上的TOP500排名來(lái)看,美、英、法、德、日是超級(jí)計(jì)算機(jī)研發(fā)和應(yīng)用的傳統(tǒng)強(qiáng)國(guó),其中美國(guó)憑借其長(zhǎng)期的技術(shù)積累,具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位。“在這次排名中,美國(guó)占了274席,仍然具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)”。
他指出,與發(fā)達(dá)國(guó)家尤其是美國(guó)相比,我國(guó)在核心電子器件、高端通用芯片和基礎(chǔ)軟件,以及大型行業(yè)應(yīng)用軟件等方面存在明顯差距,不同程度地依賴國(guó)外進(jìn)口。就拿“天河一號(hào)”來(lái)說,還只是部分采用了我們自主研制的飛騰—1000中央處理器。
胡慶豐說:“‘天河一號(hào)’的應(yīng)用推廣工作還剛剛起步,應(yīng)用的深度和廣度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。在充分發(fā)揮系統(tǒng)并行計(jì)算能力、優(yōu)化系統(tǒng)應(yīng)用效率等方面,還面臨很多挑戰(zhàn),趕超世界先進(jìn)水平還有很長(zhǎng)的路要走!
“天河一號(hào)”世界第一的位置能維持多久?李楠說,相互超越很可能會(huì)成為今后世界超算強(qiáng)國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的常態(tài)。他舉例說,2002年日本以“地球模擬器”超越美國(guó),居TOP500榜首,但美國(guó)在2004年即再次超越,奪回霸主地位。據(jù)《紐約時(shí)報(bào)》報(bào)道,目前美國(guó)已計(jì)劃制造更快的超級(jí)計(jì)算機(jī)。此外,日本也正在研制萬(wàn)萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)K系統(tǒng)。
“國(guó)家已經(jīng)啟動(dòng)了‘核高基’等國(guó)家重大專項(xiàng)的重點(diǎn)攻關(guān),國(guó)防科技大學(xué)是積極的參與者和核心研制隊(duì)伍之一!崩铋f,“我們有能力也有信心,與國(guó)內(nèi)同行一起拼搏,不斷縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距,盡快趕上并超過他們!
【延伸閱讀】
“天河一號(hào)”研制過程
“天河一號(hào)”是在國(guó)家863計(jì)劃重大項(xiàng)目“千萬(wàn)億次高效能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”和天津市濱海新區(qū)的支持下,由國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制。研制工作從2005年起步,按兩期工程實(shí)施。一期系統(tǒng)于2009年9月研制成功,峰值速度為每秒1206萬(wàn)億次雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算(TFlops),持續(xù)速度為563.1TFlops(LINPACK實(shí)測(cè)值),是我國(guó)首臺(tái)千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng),參加2009年11月世界超級(jí)計(jì)算機(jī)TOP 500排名,位列亞洲第一、世界第五。二期系統(tǒng)于2010年8月在國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心升級(jí)完成,實(shí)現(xiàn)了從亞洲第一向世界第一的重大跨越,取得了我國(guó)自主研制超級(jí)計(jì)算機(jī)綜合技術(shù)水平進(jìn)入世界領(lǐng)先行列的歷史性突破。
2010年11月全球超級(jí)計(jì)算機(jī)前十位(運(yùn)算速度為持續(xù)速度)
1 中國(guó)天河一號(hào)(TH—1A),每秒2566萬(wàn)億次
2 美國(guó)Cray Jaguar, 每秒1759萬(wàn)億次
3 中國(guó)曙光星云,每秒1271萬(wàn)億次
4 日本NEC/HP TSUBAME,每秒1192萬(wàn)億次
5 美國(guó)Cray Hopper,每秒1054萬(wàn)億次
6 法國(guó)BULL Tera—100,每秒1050萬(wàn)億次
7 美國(guó)IBM Roadrunner,每秒1042萬(wàn)億次
8 美國(guó)Cray KrakenXT5,每秒831.7萬(wàn)億次
9 美國(guó)IBM JUGENE,每秒825.5萬(wàn)億次
10 美國(guó)Cray CieloXE6,每秒816.6萬(wàn)億次
超級(jí)計(jì)算機(jī)
是指“當(dāng)前時(shí)代運(yùn)算速度最快的大容量大型計(jì)算機(jī)”。超級(jí)計(jì)算機(jī)的界定具有顯著的時(shí)代特征,與當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展水平緊密相關(guān)。以峰值速度指標(biāo)為例,2000年前后,每秒萬(wàn)億、十萬(wàn)億次雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算是超級(jí)計(jì)算機(jī)的標(biāo)志,而在2009年前后,百萬(wàn)億次以上已成為超級(jí)計(jì)算機(jī)的新標(biāo)志。當(dāng)前,千萬(wàn)億次已成為超級(jí)計(jì)算機(jī)的新高峰。
超級(jí)計(jì)算中心
目前世界上具有千萬(wàn)億次計(jì)算能力的超級(jí)計(jì)算中心和國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)室共有6家,其中美國(guó)3家(橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)能源研究科學(xué)計(jì)算中心、洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室)、中國(guó)1家(國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心)、日本1家(東京技術(shù)研究所)、法國(guó)1家(法國(guó)原子能委員會(huì))、德國(guó)1家(歐盟尤利西研究中心)。(記者 趙永新)