http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2013-06-18
天河二号领先世界:运算1小时相当13亿人用计算器算千年
天河二号超级计算机。 图片来源：科技部网站
作者 李治 吴亚轩
北京时间6月17日下午，正在德国莱比锡召开的2013国际超级计算大会上，世界超级计算机TOP500组织正式发布了第41届世界超级计算机500强排名榜，国防科技大学研制的天河二号超级计算机，以峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算的优异性能位居榜首。
中国超级计算机继天河一号之后，第二次登上了世界第一的宝座。天河二号成为当今世界运算速度最快、综合技术领先的超级计算机，中国超级计算机研制水平继续处于世界领先行列。
在被超越中再攀世界超算新高峰
2010年11月17日，国防科技大学研制的天河一号以每秒4700万亿次的峰值速度和每秒2566万亿次的持续速度，在世界超级计算机500强中位居第一，中国人首次站到了超级计算机世界冠军的领奖台上。
然而，仅仅过了不到8个月，日本一台名为“京”的超级计算机就将天河一号挤下冠军台。之后，美国研制的“红杉”、“泰坦”超级计算机先后坐上世界第一的交椅，天河一号排名滑落至第8名。
当外界还在为天河一号夺得世界第一而赞赏不已之时，该校计算机学院迅速做出再攀超算新高峰的决策部署。广大科研人员奋力攻关，突破了一系列核心关键技术，于今年5月将运算速度达到5.49亿亿次的天河二号超级计算机呈现在世人面前。
今年5月底在中国主办的“高性能计算国际论坛”上，国际超算领域的权威专家实地考察了天河二号，纷纷给予高度评价。世界TOP500组织专家、美国田纳西大学杰克·唐加拉教授说：“天河二号与美国的‘泰坦’大小相当，速度却是它的两倍，制造这样强大的系统需要很强的技术。”德国尤利希科学中心的塞巴斯第安·施密特教授说：“天河二号是世界最好的计算机之一，它有着非常出色的表现。”日本筑波大学参加过“京”系统研制的大介博库教授说：“这是一部非常紧凑的机器，具有巅峰的性能表现，它真的是技术上的很大进步”。
创新驱动超算迈上新台阶
在该校“天河”大楼一间近800平方米的机房，由170个机柜组成的天河二号整齐排列，气势恢宏。
天河二号工程副总指挥李楠研究员告诉记者：“天河二号有五大特点：一是高性能，峰值速度和持续速度都创造了新的世界纪录。二是低能耗，能效比为每瓦特19亿次，达到了世界先进水平。三是应用广，主打科学工程计算，兼顾了云计算。四是易使用，创新发展了异构融合体系结构，提高了软件兼容性和易编程性。五是性价比高。”
天河二号占地面积720平方米，内存总容量1400万亿字节，存储总容量12400万亿字节，最大运行功耗17.8兆瓦。打个形象的近似比喻，天河二号运算1小时，相当于13亿人同时用计算器计算一千年，其存储总容量相当于可存储每册10万字的图书600亿册。相比此前排名世界第一的美国“泰坦”超级计算机，天河二号计算速度是“泰坦”的2倍，计算密度是“泰坦”的2.5倍，能效比相当。与该校此前研制的天河一号相比，天河二号计算性能和计算密度均提升了10倍以上，能效比提升了2倍，二者占地面积相当，执行相同计算任务的耗电量只有天河一号的三分之一。
高性能、高能效从何而来？天河二号工程总指挥、总设计师廖湘科研究员说：一切源于瞄准国际前沿的自主创新，是自主创新推动了中国超算的跨越式发展。
记者在现场看到，计算能力比天河一号提升了10倍以上的天河二号，占地面积却相差无几。科研人员告诉记者，如果不能有效解决超级计算机的体积问题，系统的安装调试、运行管理等都将成为很大的难题。天河二号设计实现了高密度、高精度的结构工艺，采用了多机柜封闭循环的水风混合冷却方案，有效缩减了系统体积，与美国“泰坦”相比，计算能力是它的2倍，体积却比它小了15%。
天河二号还在高速互连、新型层次式加速存储架构、容错设计与故障管理、综合化能效控制、高密度高精度结构工艺等方面取得了一系列创新和突破。
让天河二号更加实用好用
“超级计算机研制难，用好更难。”这是国际超算领域的普遍认识。天河二号副总设计师朱小谦研究员说：“我们不仅要研制世界性能最高的超级计算机，而且要研制稳定可靠、应用广泛的超级计算机。”
2010年，天河一号在国家超级计算天津中心投入使用后，构建形成了石油勘探、生物医药、动漫与影视特效渲染、高端装备制造和地理信息五大高性能计算应用平台，先后为国内外600多家用户提供了超级计算服务，取得了一批具有国际先进水平的创新成果。
与国外超级计算机主要针对科学工程计算不同，天河二号在强化科学工程计算的同时，可高效支持大数据处理、高吞吐率和高安全信息服务等多类应用，使得天河二号应用面更宽、易用性更好。
系统容错性能是评价超级计算机稳定性的重要指标。在天河二号中，科研人员通过采用多层次容错设计，实现了超大系统的智能化管理，可自动监控、检测、诊断、隔离系统运行时出现的故障，与天河一号相比，全系统连续稳定时间提高了1.5倍以上，可靠性和可用性迈上了一个新台阶。
据朱小谦介绍，近年来，中国超级计算机需求迅猛增长，为中国超级计算机研制、应用的快速发展提供了强劲动力，同时推动着科技创新、产业升级、经济社会发展。
广州超级计算中心先导系统技术负责人卢泽新研究员说，天河二号具有强大的计算能力，以500人规模的全基因组信息关联性分析为例，华大基因利用原有计算机需1年时间，利用天河二号只需3个小时。在新车研发中，采用传统设计手段，一般要经过上百次的真实碰撞实验，历时两年多才能完成一款新车的结构设计，而利用天河二号对汽车碰撞模拟和空气动力学模拟结果，只需3到5次实车碰撞，两个月即可完成任务。
追逐强国梦的创新团队
三年之内，两度问鼎。该校“天河”高性能计算创新团队一次次创造着让世界震惊、令国人骄傲的科技奇迹。奥秘何在？该校计算机学院政委刘学民说：“把五星红旗插上世界科技高峰，是‘天河人’始终追逐的超算梦。”
在天河二号攻关的日子里，每天晚上天河楼的灯火都是彻夜长明。“周周5加2，天天白加黑”，成为科研人员的工作常态。为了突破系统规模扩大带来的稳定性问题，他们经常把自己封闭起来攻关，潜心研究，直到找到解决问题的办法。
在天河二号的研制过程中，每当遇到技术瓶颈时，大家总是群策群力，集智攻关，以致于很多设计思想、创新点子说不清到底该属于谁，成果即便获奖，也只能署少数人的名字。面对荣誉得失，大家总是胸怀坦荡：“能参与这样大的国家工程，我们感到无比自豪。”(完)
[新浪网-中新网]
天河二号“最快”桂冠至少保一年
6月17日，国际TOP500组织公布最新全球超级计算机500强排行榜榜单，中国国防科学技术大学研制的“天河二号”以每秒33.86千万亿次的浮点运算速度，成为全球最快的超级计算机。时隔两年半后，中国超级计算机运算速度重返世界之巅。
新华社 发
天河二号有多快？
《阿凡达》动漫渲染制作耗时一年多完成，如果用天河二号，仅1个月就可制作出效果相当的影片
研发新车要经过上百次碰撞实验、历时两年多，利用天河二号模拟，只需几次实车碰撞、两个月即可
超算机能做什么？
生物信息：从基因学的数据密集型研究到细胞网络模拟和大规模系统建模，超级计算机将帮助寻找疾病治疗的革命性方法
地震监测：超级计算机对地震的模拟将帮助我们探索地震预测新方法
地球科学：地球物理学涉及大量数据处理和模拟，超级计算机在石油勘测等方面具有潜在和巨大的经济效益
天体物理：超级计算机模拟是天体物理学的基础，通过模拟时间进程并加速，可对天体演变进行建模和理论试验 (均据新华社电)
中国天河二号17日成为全球运算速度最快的计算机。“速度不是唯一。我们追求的是用更好、更快超级计算机为创新型国家建设和人类文明进步做出贡献的‘超算梦’。”国防科大校长杨学军说，“这是‘中国梦’的一部分，也是实现‘中国梦’的助推器。”
中国超算发展速度领先
Top500这项全世界最具权威的超级计算机“比赛”，在很大程度上显示着一个国家信息领域的科技创新能力。
2010年11月之前，出现在第一名位置上的只有美国和日本的机器，直到天河一号为中国摘得首枚超算“金牌”。不到8个月，日本的“京”超级计算机取代天河一号夺冠。此后，美国研制的“红杉”“泰坦”先后问鼎世界最快计算机。
专家们表示，由于天河二号的速度比第二名“泰坦”快近一倍，中国有可能保持桂冠至少一年时间。与天河一号相比，天河二号计算性能和计算密度均提升了10倍以上，而执行相同计算任务的耗电量只有前者的三分之一。
中国科学院超级计算中心主任迟学斌的统计表明，最近10年，美国超级计算机性能提升了500倍，中国超级计算机性能则提升了5000倍。
这不仅标志着中国超算综合实力领先，更意味着中国超算的发展速度和发展潜力已经进入世界领先行列。
天河二号工程新闻发言人李楠说，国防科大计划在2015年研制出十亿亿次计算机，在2020年前后研制出百亿亿次计算机。
“中国创造”推动行业水平
李楠坦陈，国产CPU与国际上最好的CPU尚有差距，同时出于软件兼容性的需要，这台机器目前还无法完全使用国产CPU。
在CPU、应用软件等“短板”领域奋力追赶的同时，更多“中国创造”已经走向“中国领先”。独具匠心的“CPU＋GPU异构融合体系”，在天河一号中获得成功。今天，这种结构已被国际上很多超级计算机采用。
这一次，中国设计师们再辟蹊径，又为国际公认的异构体系引入了新的成员：天河二号出人意料地没有继续使用GPU，而是用被称为MIC的英特尔部件作为加速器。这一被称为“新型异构多态体系结构”的全新搭配方式不仅大大提高了机器的计算速度，还将天河二号的应用从科学计算拓展至高效大数据处理、高吞吐率和高安全信息服务等多个领域。
“这台机器的进步不仅有利于中国的科学界和产业界，而且将推动数十年内超级计算机的技术发展水平。”英特尔公司副总裁雷杰伯·哈兹拉评价说。
老客户迫不及待提新申请
在美国田纳西大学教授杰克·唐加拉眼里，超级计算机是可以预知未来的水晶球。
中国的“水晶球”不仅为科学家们搭建了研究大科学、大工程、大数据等挑战性问题的平台，也承担着对接日常信息需求、提升产业创新能力的职责。
作为广州超级计算中心的主机，天河二号将在2013年下半年安装交付。两年前开始在国家超级计算天津中心运行的天河一号，至今已有600多家用户。中心主任刘光明介绍说，天河二号研制成功后，很多老用户迫不及待地提出新的使用申请。
为石油勘探、海洋环境探测等多领域用户提供计算能力的同时，天津中心还与欧盟相关研究机构联合开展了基于天河一号核心技术的并行计算技术研究。
国防科大计算机学院政委刘学民说：“我们期待与全世界的科学家开展更多合作，共同为全球性问题探索解决方案。”
(综合新华社6月17日电)
[新浪网-解放日报]