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5. 中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)天河二號(hào)簡(jiǎn)介
6. 天河2號(hào)在穗全面運(yùn)行
7. 我國(guó)將研發(fā)百億億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)

5. 中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)天河二號(hào)簡(jiǎn)介

在長(zhǎng)沙國(guó)防科技大學(xué)“天河”大樓里，見(jiàn)到了剛剛登頂世界超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜的天河二號(hào)：170個(gè)外形如大冰箱的黑色機(jī)柜，占地面積720平方米，氣勢(shì)恢宏。機(jī)柜表面閃爍著藍(lán)色熒光，向來(lái)訪者昭示著“超算王國(guó)”的神秘之處。
有多快？運(yùn)算1小時(shí)相當(dāng)于13億人同時(shí)計(jì)算1000年,耗電量只有前代的1/3；存儲(chǔ)總?cè)萘肯喈?dāng)于可存儲(chǔ)每?jī)?cè)10萬(wàn)字的圖書(shū)600億冊(cè)。另一個(gè)更為生動(dòng)的例子則是電影《阿凡達(dá)》。當(dāng)時(shí)《阿凡達(dá)》的動(dòng)漫渲染制作動(dòng)用了眾多超級(jí)計(jì)算機(jī)資源、耗時(shí)一年多才完成，而如果用天河二號(hào)，1個(gè)月足矣。
天河二號(hào)內(nèi)存總?cè)萘?400萬(wàn)億字節(jié)，存儲(chǔ)總?cè)萘?2400萬(wàn)億字節(jié)，最大運(yùn)行功耗17.8兆瓦。相比此前排名世界第一的美國(guó)“泰坦”超級(jí)計(jì)算機(jī)，天河二號(hào)每秒33.86千萬(wàn)億次的計(jì)算速度是“泰坦”的2倍，計(jì)算密度是“泰坦”的2.5倍，能效比相當(dāng)。與此前研制的天河一號(hào)相比，天河二號(hào)計(jì)算性能和計(jì)算密度均提升了10倍以上，能效比提升了2倍，占地面積相當(dāng)，執(zhí)行相同計(jì)算任務(wù)的耗電量只有天河一號(hào)的1/3。
強(qiáng)在哪？高性能、低能耗、應(yīng)用廣、易使用，體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中國(guó)創(chuàng)造。
一是高性能，峰值速度和持續(xù)速度都創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。二是低能耗，能效比為每瓦特19億次，達(dá)到了世界先進(jìn)水平。三是應(yīng)用廣，主打科學(xué)工程計(jì)算，兼顧了云計(jì)算。四是易使用，創(chuàng)新發(fā)展了異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)，提高了軟件兼容性和易編程性。五是性?xún)r(jià)比高。
高性能、高能效從何而來(lái)？一切源于瞄準(zhǔn)國(guó)際前沿的自主創(chuàng)新，是自主創(chuàng)新推動(dòng)了中國(guó)超算的跨越式發(fā)展。
體系結(jié)構(gòu)是高性能計(jì)算機(jī)的“筋骨”。研制人員在總結(jié)天河一號(hào)成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，自主創(chuàng)新了新型異構(gòu)多態(tài)體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了多類(lèi)型計(jì)算資源、輸入輸出資源和服務(wù)資源的靈活配置，在強(qiáng)化科學(xué)工程計(jì)算的同時(shí)，可高效支持大數(shù)據(jù)處理、高吞吐率和高安全信息服務(wù)等多類(lèi)應(yīng)用，顯著擴(kuò)大了天河二號(hào)的應(yīng)用領(lǐng)域。
隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，用電量隨之大增。天河二號(hào)通過(guò)采用綜合化的能耗控制，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了面向高效能計(jì)算的層次式優(yōu)化框架、自適應(yīng)能耗控制算法及低損耗、高效率的電源設(shè)計(jì)，有效提高了系統(tǒng)的能效比，達(dá)到了世界先進(jìn)水平。天河二號(hào)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高密度、高精度的結(jié)構(gòu)工藝，采用了多機(jī)柜封閉循環(huán)的水風(fēng)混合冷卻方案，有效縮減了系統(tǒng)體積，與美國(guó)“泰坦”相比，體積小了15%。
天河二號(hào)的體系結(jié)構(gòu)、高速互連技術(shù)、操作系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)了中國(guó)創(chuàng)造，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，而CPU芯片和應(yīng)用軟件還沒(méi)有完全國(guó)產(chǎn)化。但值得一提的是，由國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)支持、該校自主研制的新一代FT1500CPU，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)主頻最高的通用CPU。名次只是副產(chǎn)品，為創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè)提供動(dòng)力、為關(guān)系人類(lèi)未來(lái)生存發(fā)展的大科學(xué)問(wèn)題提供解決方案，才是我們加速超算發(fā)展的根本原因。
怎么用？從食到醫(yī)、從行到娛，還未正式“上崗”便已提前服務(wù)。其實(shí)，利用“天河”渲染制作的國(guó)產(chǎn)電影《關(guān)云長(zhǎng)》、新版電視劇《西游記》以及美國(guó)電影《生化危機(jī)2》等，早已走進(jìn)影院、搬上熒屏。這只是超算應(yīng)用老百姓生活的一個(gè)縮影，“天河”已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食、醫(yī)、行、娛。
據(jù)了解，2010年天河一號(hào)在國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心投入使用后，“天河”超級(jí)計(jì)算機(jī)的用戶(hù)迄今已超過(guò)600個(gè)，在石油勘探、地震數(shù)據(jù)處理、土木工程設(shè)計(jì)、航空航天、生物醫(yī)藥、天氣預(yù)報(bào)與氣候研究、海洋環(huán)境研究、新能源、新材料、宇宙科學(xué)研究、動(dòng)漫與影視渲染等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
超級(jí)計(jì)算機(jī)研制難，用好更難。這是國(guó)際超算領(lǐng)域的普遍認(rèn)識(shí)。
以500人規(guī)模的全基因組信息關(guān)聯(lián)性分析為例，華大基因利用自有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需1年時(shí)間，利用天河二號(hào)只需3個(gè)小時(shí)。研發(fā)一款新型車(chē)，采用傳統(tǒng)手段要經(jīng)過(guò)上百次的真實(shí)碰撞，歷時(shí)兩年多才能推出；而利用天河二號(hào)進(jìn)行碰撞模擬和空氣動(dòng)力學(xué)模擬，只需3到5次真實(shí)碰撞，兩個(gè)月即可完成。
目前，天河二號(hào)已應(yīng)用于生物醫(yī)藥、新材料、工程設(shè)計(jì)與仿真分析、天氣預(yù)報(bào)、氣候模擬與海洋環(huán)境研究、數(shù)字媒體和動(dòng)漫設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域，開(kāi)始為多家用戶(hù)單位提供超級(jí)計(jì)算服務(wù)。
隨著天河二號(hào)的推廣應(yīng)用，我國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用深度和廣度將迅速擴(kuò)大，持續(xù)發(fā)揮不可替代的巨大作用。國(guó)防科大宣布，將在2015年研制出十億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)，2020年前后研制出百億億次計(jì)算機(jī)。

6. 天河2號(hào)在穗全面運(yùn)行

國(guó)家超級(jí)計(jì)算廣州中心應(yīng)用推廣大會(huì)于2014年6月29日在廣州召開(kāi)，科學(xué)技術(shù)部向廣州超級(jí)計(jì)算中心授予了“國(guó)家超級(jí)計(jì)算廣州中心”和“中國(guó)（廣州）計(jì)算科學(xué)服務(wù)中心”牌匾，這標(biāo)志著廣州躋身國(guó)家級(jí)超級(jí)計(jì)算中心行列。目前世界上速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)——天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)也在廣州全面開(kāi)通運(yùn)行。
為搶占國(guó)際科技發(fā)展制高點(diǎn)，提高自主創(chuàng)新能力，打造產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)與創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的重大基礎(chǔ)平臺(tái)，在科技部“十二五”863計(jì)劃重大項(xiàng)目支持下，廣東省政府、廣州市政府、國(guó)防科技大學(xué)、中山大學(xué)聯(lián)合共建廣州超級(jí)計(jì)算中心，項(xiàng)目位于廣州大學(xué)城，總投資25億元。
天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)是國(guó)防科大承擔(dān)的國(guó)家863計(jì)劃和“核高基”國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目，其綜合技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)已在國(guó)家超算廣州中心正式啟動(dòng)運(yùn)行，并向國(guó)內(nèi)外用戶(hù)開(kāi)放使用，已為國(guó)家863計(jì)劃、973計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金等幾十個(gè)項(xiàng)目提供了計(jì)算服務(wù)，應(yīng)用領(lǐng)域涉及生命科學(xué)、材料科學(xué)、大氣科學(xué)、地球物理、能源、宇宙、經(jīng)濟(jì)學(xué)等領(lǐng)域，在大型基因組組裝、基因測(cè)序、生物醫(yī)學(xué)、高通量藥物篩選、污染治理、高超聲速發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模擬等一系列事關(guān)國(guó)計(jì)民生的大科學(xué)、大工程中發(fā)揮重要作用，該項(xiàng)目還在智慧城市、電子政務(wù)、云計(jì)算和信息服務(wù)等方面獲得成功應(yīng)用。如，中國(guó)商用飛機(jī)設(shè)計(jì)有限公司開(kāi)展的C919飛機(jī)高精度外流場(chǎng)氣動(dòng)計(jì)算，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了全機(jī)復(fù)雜構(gòu)型高精度大規(guī)模數(shù)值模擬；中科院上海藥物研究所開(kāi)展了75萬(wàn)個(gè)小分子化合物的結(jié)合親和力評(píng)估，完成了600多個(gè)各類(lèi)藥物的體內(nèi)外活性測(cè)試評(píng)價(jià)，為治療惡性腫瘤、乙肝、糖尿病等疾病提供了新的途徑；天河二號(hào)還適配了廣州市電子政務(wù)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、云盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)等關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)，為廣州市電子政務(wù)和智慧城市建設(shè)搭建了高效可靠的承載平臺(tái)。
國(guó)家超算廣州中心積極推動(dòng)國(guó)際交流與合作，為國(guó)外研究機(jī)構(gòu)提供高性能計(jì)算服務(wù)，與英國(guó)國(guó)家超級(jí)計(jì)算中心簽署了《戰(zhàn)略合作備忘錄》。德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)等合作團(tuán)隊(duì)利用天河二號(hào)，對(duì)1992年美國(guó)加州蘭德斯大地震進(jìn)行了模擬研究，美國(guó)佐治亞理工學(xué)院依托天河二號(hào)開(kāi)展了抗艾滋病毒藥物作用機(jī)理研究，均取得重要研究成果。
在國(guó)家超算廣州中心“天河二號(hào)”一排排高大的機(jī)柜里，一共裝有32000顆主CPU和48000個(gè)協(xié)處理器，共300多萬(wàn)個(gè)計(jì)算核心，自落戶(hù)廣州以來(lái)，它一直以如此驚人的運(yùn)算速度在工作。
近日，這個(gè)“超級(jí)大腦”開(kāi)始進(jìn)入全面升級(jí)期，一條條“飛龍”陸續(xù)進(jìn)入休憩期，為了保證用戶(hù)不受影響，將始終有一條“飛龍”為“把守”，這種狀態(tài)最多可能持續(xù)到9月。全新的天河二號(hào)的計(jì)算速度將達(dá)到每秒10億億次，科學(xué)家2013年底曾經(jīng)預(yù)測(cè)這個(gè)速度原本要到2015年才能實(shí)現(xiàn)，但是就像誰(shuí)也無(wú)法預(yù)測(cè)超級(jí)計(jì)算機(jī)的極限速度一樣，誰(shuí)也想不到它的進(jìn)步會(huì)如此之快。
更讓人驚喜的是如此高精尖的科技巨作，未來(lái)將走親民路線(xiàn)，也許一天只需要花費(fèi)24元，你就可以完成一次私人制造，也許是一只杯子，也許是一張沙發(fā)，如果你足夠牛，這里歡迎你打造一套“鋼鐵俠”盔甲。
截至目前，超算中心的大用戶(hù)已達(dá)到120多家，先后開(kāi)展了300多項(xiàng)典型應(yīng)用計(jì)算，同時(shí)培訓(xùn)了一批超算應(yīng)用技術(shù)人才。
“十一五”以來(lái)，科技部不斷加大對(duì)超算應(yīng)用軟件研發(fā)的投入，“十二五”期間的研發(fā)投入已達(dá)2億多元，“十三五”期間將進(jìn)一步加大投入。

7. 我國(guó)將研發(fā)百億億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)

超級(jí)計(jì)算機(jī)是大國(guó)綜合實(shí)力的象征，也是確保國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重要保證。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，超級(jí)計(jì)算機(jī)已成為大國(guó)重器之一。
由于從上個(gè)世紀(jì)80年代開(kāi)始，美國(guó)等西方國(guó)家就對(duì)中國(guó)進(jìn)口美國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，實(shí)施一定性能水平的禁運(yùn)和關(guān)鍵技術(shù)的封鎖，中國(guó)的研發(fā)機(jī)構(gòu)不得不依靠自己的研究力量攻堅(jiān)克難。近年來(lái)，我國(guó)的中科院計(jì)算所、國(guó)防科技大學(xué)和江南計(jì)算技術(shù)研究所分別在超級(jí)計(jì)算的產(chǎn)業(yè)化和自主創(chuàng)新方面走出了自己的特色之路。
“天河”“曙光”“神威藍(lán)光”“深騰”“倚天”……？中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程，雖然比美、歐、日等發(fā)達(dá)國(guó)家短，但從21世紀(jì)在國(guó)際舞臺(tái)上驚艷亮相以來(lái)，樹(shù)立了一個(gè)又一個(gè)里程碑。2004年，曙光4000A位列世界十大超級(jí)計(jì)算機(jī)之一，中國(guó)高性能計(jì)算機(jī)首次進(jìn)入世界前十；2009年，天河1號(hào)在世界上首次采用CPU加GPU的異構(gòu)加速體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)；2010年11月，由國(guó)防科大設(shè)計(jì)的天河1A首次為中國(guó)奪得世界TOP500排行榜的第一名；2011年神威藍(lán)光第一次全部采用國(guó)產(chǎn)CPU和國(guó)產(chǎn)水冷技術(shù)研制出千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)；2013年天河二號(hào)又以峰值計(jì)算速度每秒5.49億億次連續(xù)兩次奪得世界第一；2014年天河二號(hào)再次奪冠，實(shí)現(xiàn)三連冠。
繼千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)“曙光”“星云”之后，十億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)“曙光7000”即將開(kāi)始研發(fā)。國(guó)防科大也宣布，將在2015年研制出十億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)，2020年前后研制出百億億次計(jì)算機(jī)。
脫胎于中科院計(jì)算所的曙光公司成立于1995年，先后推出了我國(guó)首臺(tái)百萬(wàn)億次、千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)。經(jīng)過(guò)多年的積累，曙光已成為國(guó)際領(lǐng)先的高性能計(jì)算機(jī)公司，正逐步從“硬件提供商”向“云計(jì)算服務(wù)提供商”邁進(jìn)。截至目前，曙光公司已在全國(guó)建設(shè)并運(yùn)營(yíng)了7個(gè)城市云計(jì)算中心，其中的“星云”就在深圳超算中心服役，主要用于科學(xué)計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)智能搜索、基因測(cè)序等。
曙光7000是公司為適應(yīng)未來(lái)市場(chǎng)需求設(shè)計(jì)的新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從處理器、高速通信網(wǎng)絡(luò)、大規(guī)模存儲(chǔ)系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件到應(yīng)用軟件全面采用自主技術(shù)。曙光7000的性能、效率、工藝、應(yīng)用水平有望全球領(lǐng)先，并計(jì)劃進(jìn)軍國(guó)際市場(chǎng)。
附注：本文的內(nèi)容多摘自互聯(lián)網(wǎng)。和TOP500及天河2號(hào)有關(guān)的更多前期信息，可參考《數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)》專(zhuān)欄前期“全球超級(jí)計(jì)算機(jī)五百?gòu)?qiáng)、高性能計(jì)算機(jī)與天河二號(hào)”等文章。