隨著第一臺(tái)國產(chǎn)千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)29日在湖南長沙亮相，中國擁有了歷史上計(jì)算速度最快的工具。每秒鐘1206萬億次的峰值速度和每秒563.1萬億次的Linpack實(shí)測性能，使這臺(tái)名為“天河一號(hào)”的計(jì)算機(jī)位居同日公布的中國超級(jí)計(jì)算機(jī)前100強(qiáng)之首，也使中國成為繼美國之后世界上第二個(gè)能夠研制千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)的國家。
超級(jí)計(jì)算機(jī)是世界公認(rèn)的高新技術(shù)制高點(diǎn)和21世紀(jì)最重要的科學(xué)領(lǐng)域之一。“天河一號(hào)”的設(shè)計(jì)始于2008年，國防科技大學(xué)是“天河一號(hào)”的研制者。1983年面世的中國第一臺(tái)億次計(jì)算機(jī)“銀河一號(hào)”，同樣誕生在這所大學(xué)。中國傳統(tǒng)文化里，“天河”是銀河的別稱。國防科技大學(xué)校長張育林說，這臺(tái)計(jì)算機(jī)的名字暗示著天津與“銀河一號(hào)”計(jì)算機(jī)誕生地之間的合作。
數(shù)字
中國首臺(tái)千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河一號(hào)”究竟有多“超級(jí)”？以下是一組相關(guān)數(shù)字。
速度牛 計(jì)算一天頂微機(jī)160年
全系統(tǒng)峰值性能為每秒1206萬億次，Linpack實(shí)測性能為每秒563.1萬億次。這意味著，“天河一號(hào)”計(jì)算一天，一臺(tái)配置Intel雙核CPU、主頻為2.5GHz的微機(jī)需要計(jì)算160年。全系統(tǒng)包含6144個(gè)通用處理器（CPU）和5120個(gè)加速處理器（GPU），僅系統(tǒng)級(jí)軟件就有20多萬行代碼。按照每人每個(gè)小時(shí)寫20行代碼的速度，需要寫1萬小時(shí)。
互聯(lián)通信網(wǎng)絡(luò)的單根線傳輸速率為10Gbps，這是目前國際上最快的速率，相當(dāng)于在“天河一號(hào)”計(jì)算機(jī)內(nèi)部修了一條信息高速公路。
排名牛 目前排名世界第四
1993年，德國曼海姆大學(xué)漢斯、埃里克等人發(fā)起創(chuàng)建了全球超級(jí)計(jì)算機(jī)TOP500排名榜。TOP500已發(fā)展成為全世界最具權(quán)威的超級(jí)計(jì)算機(jī)排名榜，是衡量各國超級(jí)計(jì)算水平的最重要的參考依據(jù)。2009年6月TOP500排名中，美國占據(jù)291席，歐洲占據(jù)145席，亞洲49席，其中第1至第10名均為美國的產(chǎn)品，部署在美國能源部洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室的IBM“Roadrunner（走鵑）”名列世界第一，峰值性能達(dá)1456萬億次，Linpack實(shí)測速度為1105萬億次。
天河一號(hào)落戶天津?yàn)I海 揭秘千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)
近年來，中國已有多臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)陸續(xù)進(jìn)入了TOP500榜單，達(dá)到的最好名次是世界第10名。國防科技大學(xué)校長張育林說，參照2009年6月TOP500公布的結(jié)果，“天河一號(hào)”可以排在世界第4位。當(dāng)然，到11月再次排名的話，肯定還會(huì)出現(xiàn)別的千萬億次計(jì)算機(jī)，但“天河一號(hào)”應(yīng)該還是位于世界前列的。
容量牛 相當(dāng)于四個(gè)國家圖書館
共享存儲(chǔ)總?cè)萘繛?PB。按國內(nèi)數(shù)字圖書館應(yīng)用軟件的
圖片格式PDG為例計(jì)算，如果平均每冊(cè)書大小約10MB的話，“天河一號(hào)”的存儲(chǔ)量相當(dāng)于4個(gè)國家圖書館（藏書量為2700萬冊(cè)）之和，能夠?yàn)槿珖咳藘?chǔ)存一張大小接近1MB的照片。
塊頭牛 重量等于19個(gè)神舟飛船
“天河一號(hào)”由103臺(tái)機(jī)柜組成，每個(gè)機(jī)柜占地1.44平方米、高兩米、重1.5噸，系統(tǒng)總重量相當(dāng)于19個(gè)神舟飛船。把通風(fēng)等條件考慮在內(nèi)，放置“天河一號(hào)”需要一個(gè)近千平方米的房間。
研發(fā)牛 投資達(dá)到6億元人民幣
直接參與“天河一號(hào)”研發(fā)的科技人員有200多人，平均年齡為36歲。“天河一號(hào)”目前投資為6億元人民幣。從信息技術(shù)的發(fā)展速度預(yù)計(jì)，使用壽命預(yù)計(jì)為10年。
節(jié)能牛 每瓦電創(chuàng)造4.3億次運(yùn)算
全系統(tǒng)運(yùn)行情況下，每小時(shí)耗電1280度。能耗比即每瓦電創(chuàng)造的計(jì)算效能為4.3億次運(yùn)算，與目前峰值性能排名世界第一的美國“走鵑”超級(jí)計(jì)算機(jī)相當(dāng)。參照2009年6月公布的Green500（全球綠色超級(jí)計(jì)算機(jī)前500強(qiáng)）排名，“天河一號(hào)”可以位居第5。
揭秘
記者29日從天津?yàn)I海新區(qū)管委會(huì)獲悉，“天河一號(hào)”將于2009年底至2010年在天津?yàn)I海新區(qū)安裝部署，成為國家超級(jí)計(jì)算天津中心的業(yè)務(wù)主機(jī)。由此，國家超級(jí)計(jì)算天津中心將成為我國首個(gè)具有千萬億次計(jì)算能力的超算中心，躋身世界少數(shù)幾個(gè)具有千萬億次計(jì)算能力的超算中心行列。
“天河”工程辦公室主任李楠說，“天河一號(hào)”在投入使用后將實(shí)現(xiàn)三大功能。第一，作為提供超級(jí)計(jì)算服務(wù)的全球公共科研設(shè)施，“天河”向國內(nèi)外用戶開放。無論身在何處，用戶都可以通過國際互聯(lián)網(wǎng)使用“天河”進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。第二，作為產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)平臺(tái)，“天河”上集中的當(dāng)今時(shí)代最先進(jìn)的信息技術(shù)將逐步轉(zhuǎn)移到其他產(chǎn)業(yè)，從而解決國家與社會(huì)發(fā)展中的各種問題。第三，作為吸引人才的平臺(tái)，“天河”將進(jìn)一步匯聚來自世界各地的尖端技術(shù)人才，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和世界科技的可持續(xù)發(fā)展作出更多貢獻(xiàn)。
“我國對(duì)高性能計(jì)算機(jī)的需求已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)高峰期。”李楠說，“天河”將用于石油勘探數(shù)據(jù)處理、生物醫(yī)藥研究、航空航天裝備研制、資源勘探和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)處理、金融工程數(shù)據(jù)分析、環(huán)渤海生態(tài)動(dòng)力和污染數(shù)值模擬、基礎(chǔ)科學(xué)理論計(jì)算等方面。
天津?yàn)I海新區(qū)科技局局長朱希進(jìn)說，“天河一號(hào)”適用于大規(guī)模科學(xué)與工程計(jì)算，其廣泛應(yīng)用將大大提升濱海新區(qū)高科技服務(wù)業(yè)水平。他說，天津的很多科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)得知“天河一號(hào)”將“落戶”天津，都非常振奮、高興，一些企業(yè)已經(jīng)提前預(yù)訂了“天河一號(hào)”的超算服務(wù)。
李楠介紹，超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用與老百姓的生活息息相關(guān)，最常見的天氣預(yù)報(bào)就是超級(jí)計(jì)算的結(jié)果。而隨著超級(jí)計(jì)算機(jī)的服務(wù)能力在未來進(jìn)一步拓展，很可能會(huì)誕生一個(gè)龐大的巨型機(jī)服務(wù)產(chǎn)業(yè)，面向個(gè)人用戶提供服務(wù)。“比方說，未來的天氣預(yù)報(bào)可能進(jìn)一步定時(shí)化，個(gè)人可以隨時(shí)詢問某個(gè)局部區(qū)域在某個(gè)特定時(shí)間段的天氣情況。”
國家超級(jí)計(jì)算天津中心選址于天津?yàn)I海新區(qū)服務(wù)外包產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)，建筑面積一萬平方米。目前，中心正在緊張地進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和設(shè)備安裝前的準(zhǔn)備工作，預(yù)計(jì)今年底開始投入運(yùn)營，明年5月全部建成投入使用。
追問
百萬萬億次計(jì)算機(jī)還多遠(yuǎn)
科學(xué)家預(yù)計(jì)，未來10年左右時(shí)間，世界上將研制出運(yùn)算速度超過每秒百萬萬億次（即10的18次方）的超級(jí)計(jì)算機(jī)。這個(gè)速度是目前世界上最快計(jì)算機(jī)的1000倍。
國防科技大學(xué)教授竇文華說，超級(jí)計(jì)算機(jī)性能的發(fā)展遵循千倍定律，即每隔10年性能就會(huì)提高1000倍，而實(shí)際上發(fā)展的速度可能更快。他預(yù)測，研制10的21次方級(jí)別計(jì)算機(jī)將是2030年前后的事情，目前的半導(dǎo)體技術(shù)將不能支撐，或許會(huì)采用納電子技術(shù)，再往后或許將產(chǎn)生量子計(jì)算技術(shù)。
竇文華說：“人類對(duì)于高性能計(jì)算機(jī)的需求是沒有止境的。這其中每一個(gè)臺(tái)階都需要從基礎(chǔ)理論到實(shí)踐技術(shù)以及應(yīng)用技術(shù)的重大創(chuàng)新和跨越。”
解讀
中國首臺(tái)千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河一號(hào)”誕生之際，計(jì)算機(jī)專家進(jìn)行了全方位解讀。
比預(yù)期時(shí)間提前一年
“我聽到‘天河一號(hào)’研制成功的消息時(shí)很震驚，我們?cè)瓉眍A(yù)計(jì)千萬億次的計(jì)算機(jī)要到2010年年底才在中國出現(xiàn)。”中國科學(xué)院軟件所研究員張?jiān)迫f。
在超級(jí)計(jì)算機(jī)不斷提高運(yùn)算速度的過程中，千萬億次是一個(gè)難以逾越的“瓶頸”。截至2009年6月，世界上僅有3臺(tái)千萬億次的計(jì)算機(jī)。
七大技術(shù)打造“中國第一”
一臺(tái)千萬億次的“天河一號(hào)”，是否等于10個(gè)百萬億次巨型機(jī)之和？中國科學(xué)院院士周興銘說，系統(tǒng)的效能絕不是各單元計(jì)算效能的簡單疊加。
“如果用高性能微處理器直接堆出一個(gè)千萬億次的系統(tǒng)，功率會(huì)大得驚人，用戶可能連電費(fèi)都付不起。”周興銘說，“天河一號(hào)”采用7項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，使得“一加一”的結(jié)果盡量接近“二”，從而發(fā)揮出機(jī)器最大的整體效能。
“天河”具有四大特點(diǎn)
周興銘介紹，這臺(tái)計(jì)算機(jī)具有四大特點(diǎn)：
高性能 無論是1206萬億次的峰值性能，還是563.1萬億次的Linpack實(shí)測性能，均位于國內(nèi)榜首、世界一流。
低能耗 “天河一號(hào)”目前能耗比為每瓦4.3億次運(yùn)算，與排名第一的美國“走鵑”相當(dāng)。
高安全 “天河”實(shí)現(xiàn)了不同用戶間數(shù)據(jù)和工作信息的相互隔離。對(duì)用戶來說，相當(dāng)于到銀行租個(gè)保險(xiǎn)柜，鑰匙掌握自己手里。
易使用 “傻瓜化”的操作界面和菜單、鼠標(biāo)等常規(guī)操作，讓機(jī)器的使用變得簡單。同時(shí)，“天河”能運(yùn)行來自各行業(yè)的各種程序，不存在兼容性問題。
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