天河一号，全球超级计算“一个兄弟”

研究人员正在测试“天河一号”超级计算机的系统性能.

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“中国速度”再次震惊世界: 11月14日，世界权威的国际TOP500组织在其网站上公布了世界500强超级计算机的最新排名，以及由天合一独立开发的“天河一号”第二阶段系统. 中国TH-1A）跃居榜首，并成为世界上最快的计算超级计算机.

“天河一号”有多快？这有什么用途？ “中国速度”能否保持世界第一？本文供您查找.

11月16日，在天津滨海新区国家超级计算机天津中心二楼，记者看到了世界冠军“天河一号”: 一台700平方米的机器看起来像黑色冰箱的140柜房间整齐地排列成13行.

“超级计算机在计算机中被称为Everest，代表了一个国家中最高水平的计算机设计，制造和应用. ” “天河一号”工程办公室主任李楠告诉记者，TOP500排名目前是由田纳西大学天河一号超级计算机图片，田纳西大学，美国能源研究与科学计算中心联合举行的德国排名（NERSC）和劳伦斯·伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory），它已成为衡量各国超级计算水平的最重要参考依据.

在这份TOP500榜单中，中国在前十名中占据2个席位，仅次于美国. 在前500名中，我们占据41个席位，占总份额的8.2％，排名第二. 在2009年11月的TOP500排名中，中国仍然只有21个单位，占总份额的4.2％，排名第五. 李楠兴奋地说道: “这表明中国超级计算机的发展水平正在以更快的速度超过总体步伐. ”

功能

世界上最快的速度和世界领先的能源效率

“天河一号”有多快？

李楠告诉记者，“天河一号”的峰值计算速度为每秒4700万亿次. “天河一号”计算1小时相当于340年以上的计算，超过340年的计算； 1天的“天河一号”计算相当于双核高端台式计算机的620多年的计算.

“天河一号”的存储容量也惊人地大: 其存储容量为2PB，即2万亿字节. 1个汉字平均2个字节，“天河1号”可以存储1万亿个汉字，相当于存储10亿本100万个汉字.

“天河一号”在同行中也是绿色先驱. ”李楠说，总功耗和能效值也是衡量超级计算机是否先进的重要指标. 前者是指超级计算机在满负荷工作时的最大功率. 消耗的价值，后者是指“每瓦每秒可以实现几百万个双精度浮点运算”（MFlops / W），它是衡量超级计算机是否绿色和低碳的一种度量.

根据他的介绍，“天河一号”满负荷运行的总功耗为4.04兆瓦，每小时的耗电量为4040度，而全职工作24小时的耗电量接近100,000度. . “这个数字听起来很棒，但实际上，天河第一号是一台节能的绿色超级计算机. ”李楠表示，经计算，其能效值为635.15 MFlops / W，即每瓦每秒可实现635.15百万浮点运算. 目前，该能源效率值仅低于在能源效率方面排名世界第一的“ IBM Blue Gene”.

“此外，“天河一号”还具有安全性高的特点. “天河一号”首席设计师研究员陆宇彤介绍，由国防科技大学自主开发的麒麟操作系统是中国唯一的操作系统. 国家部B2级（最高级别）认证的操作系统. “使用麒麟操作系统的用户可以自定义其私人工作空间，就像租用银行保险箱一样. 这些钥匙和钥匙都在用户手中，其他用户甚至系统管理员都无法访问它. 此外，麒麟操作系统内核和接口由我们自己定义和开发. 黑客很难理解和掌握. ”陆宇彤笑着说.

应用

破解计算问题并发展战略产业

“超级计算机是需求牵引的产物. ”李楠说，在经济，科学技术，国防等领域，有一系列需要解决的复杂大问题. 经过长期的努力，科学家们建立了越来越详细的物理学. 这些问题. 该模型可以通过相应的计算方法在计算机上求解. 在这些计算问题中，最复杂和最大的一个称为“挑战性计算问题”，它必须依靠具有极高计算速度的大型大型计算机才能在有效时间内完成它.

李楠说，超级计算机可以有效地促进国家技术创新能力的提高. 理论研究，实验和计算是科学研究中三种常用的方法. 超级计算机可以帮助科学家更好地了解自然界并发现科学规律，从而促进科学技术进步. 例如，获得2007年诺贝尔物理学奖的彼得·格林伯格（Peter Greenberger）是德国尤利西斯研究中心的科学家. 在中央配备的超级计算机的帮助下，他发现了“巨大的磁阻”效应，这使得小容量和大容量的硬盘驱动器成为可能.

第二，超级计算机可以有效地促进经济和社会发展. 除了新能源，新材料，生物医学，能源节约和环境保护等战略性新兴产业外，天气预报，气候预测和地震监测等社会保障业务也越来越依赖于超级计算.

国家超级计算天津中心副主任朱小谦对记者说，“天河一号”已成功用于石油勘探，高端装备开发，生物医学，设计，新能源，新材料，工程设计等领域. 以及仿真分析，天气预报等领域已为20多个单位提供了高性能的计算服务. 其中，中国科学院软件研究所利用“天河一号”对全球隐性浅水波数值模拟和地外核热流数值模拟进行了两项科学研究. 他们的评价是: “天河一号”是稳定可靠，人性化的界面，特别是自主研发的网络系统具有高带宽，低时延，不逊于“ IBM Blue Gene”等.

前景

历史突破，总体差距仍然存在

“中国高端信息技术和产业仍在发展过程中，而“天河一号”这次夺冠，是历史性突破，并不容易. 李楠说，这是世界上第一个创建CPU和GPU的集成式高效并行计算架构突破了世界领先的高速互连通信技术. 这再次证明，只要我们找到突破并坚持自主创新，我们就能开发出世界领先水平的产品，并将“中国制造”改为“中国创造”.

“当然，我们必须对我们不能自满的成就做出理性的判断. ”天河一号副总设计师胡庆峰研究员从历史TOP500排名来看，美国，英国，法国，德国和日本是超级计算机开发和应用的传统动力. 其中，美国凭借其长期的技术积累具有绝对优势. “在这个排名中，美国拥有274个席位，仍然具有绝对优势. ”

他指出，与发达国家，尤其是美国相比，中国在依靠外国的核心电子设备，高端通用芯片和基本软件以及工业应用软件方面存在巨大差距. 在不同程度上. 以“天河一号”为例，它仅部分采用了我们自主开发的飞腾1000中央处理器.

胡庆峰说: “天河一号”的应用推广才刚刚开始，应用的深度和广度还远远不够，充分发挥系统的并行计算能力还存在很多挑战. 并优化系统应用效率. 要想超越世界先进水平还有很长的路要走.

世界上“天河一号”的地位能维持多久？李楠说，相互超越可能会成为未来世界超级大国竞争的正常状态. 例如，他说日本在2002年的“地球模拟器”中超过了美国，在TOP500名单中排名第一，但是美国在2004年再次超过了美国，重新获得了统治地位. 据《纽约时报》报道，美国已计划建造更快的超级计算机. 此外，日本还在开发万亿兆的超级计算机K系统.

“该国已经启动了诸如“核高基”和其他重大国家项目之类的关键研究项目. 国防科学技术大学是积极参与者，也是核心发展团队之一. ”李楠说: “我们有能力和信心与国内同行合作，不断缩小与发达国家的差距，赶上并赶超他们. ”

[扩展阅读]

“天河一号”的发展历程

“天河一号”是由国防科技大学在国家863计划重大项目“鹅卵石高效计算机系统”和天津滨海新区的支持下开发的. 开发工作始于2005年天河一号超级计算机图片，将分两个阶段实施. 该系统的第一阶段于2009年9月成功开发，峰值速度为每秒1206万亿个双精度浮点运算（TFlops），持续速度为563.1 TFlops（LINPACK测量值）. 这是中国第一台petaflop超级计算机. 该系统于2009年11月参加世界超级计算机TOP500排名，在亚洲排名第一，在世界排名第五. 该系统的第二阶段于2010年8月在国家超级计算机天津中心进行了升级. 它实现了从亚洲第一台到世界第一台的重大飞跃，并实现了中国自主发展的超级计算机综合技术水平向世界领先地位的历史性突破.

2010年11月全球十大超级计算机（计算速度为连续速度）

1个中国天河一号（TH-1A），每秒2566万亿次

2U.S. CrayJaguar，每秒1759万亿次

3个中国黎明星云，每秒1271万亿次

4个日本NEC / HPTSUBAME，每秒1192万亿次

5个美国CrayHopper，每秒1054万亿次

6法国BULLTera-100，每秒1050万亿次

7美国的IBM Roadrunner，每秒1042万亿次

在美国有8个CrayKrakenXT5，每秒831.7万亿次

9个美国IBM JUGENE，每秒825.5万亿次

10个美国CrayCieloXE6，每秒816.6万亿次

超级计算机

是指“当前时代计算速度最快的大容量大型计算机”. 超级计算机的定义具有明显的时代特征，并且与当时的计算机技术及其应用的发展水平密切相关. 以峰值速度指数为例. 大约在2000年，每秒万亿次和10万亿次双精度浮点运算是超级计算机的标志，而到2009年左右，已经有超过一万亿次成为超级计算机的新标志. 目前，petaflops已成为超级计算机的新高峰.

超级计算中心

目前，世界上有6个具有千万亿次计算能力的超级计算中心和国家实验室，其中包括美国的3个（橡树岭国家实验室，美国能源研究和科学计算中心，洛斯阿拉莫斯国家实验）办公室，中国1 （国家超级计算机天津中心），日本1（东京工业大学），法国1（法国原子能委员会），德国1（欧盟尤利西斯研究中心）.

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