天河二號:運算1小時相當13億人用計算器算千年

北京時間6月17日下午，正在德國萊比錫召開的2013國際超級計算大會上，世界超級計算機TOP500組織正式發布了第41屆世界超級計算機500強排名榜，國防科技大學研制的天河二號超級計算機，以峰值計算速度每秒5.49億億次、持續計算速度每秒3.39億億次雙精度浮點運算的優異性能位居榜首。

中國超級計算機繼天河一號之後，第二次登上了世界第一的寶座。天河二號成為當今世界運算速度最快、綜合技術領先的超級計算機，中國超級計算機研制水平繼續處於世界領先行列。os.tvboxnow.com, Y& N$ L  z) n+ q

在被超越中再攀世界超算新高峰
2010年11月17日，國防科技大學研制的天河一號以每秒4700萬億次的峰值速度和每秒2566萬億次的持續速度，在世界超級計算機500強中位居第一，中國人首次站到了超級計算機世界冠軍的領獎台上。os.tvboxnow.com5 r$ z( e6 g, D

然而，僅僅過了不到8個月，日本一台名為“京”的超級計算機就將天河一號擠下冠軍台。之後，美國研制的“紅杉”、“泰坦”超級計算機先後坐上世界第一的交椅，天河一號排名滑落至第8名。

當外界還在為天河一號奪得世界第一而贊賞不已之時，該校計算機學院迅速做出再攀超算新高峰的決策部署。廣大科研人員奮力攻關，突破了一系列核心關鍵技術，於今年5月將運算速度達到5.49億億次的天河二號超級計算機呈現在世人面前。
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今年5月底在中國主辦的“高性能計算國際論壇”上，國際超算領域的權威專家實地考察了天河二號，紛紛給予高度評價。世界TOP500組織專家、美國田納西大學傑克‧唐加拉教授說：“天河二號與美國的‘泰坦’大小相當，速度卻是它的兩倍，制造這樣強大的系統需要很強的技術。”德國尤利希科學中心的塞巴斯第安‧施密特教授說：“天河二號是世界最好的計算機之一，它有著非常出色的表現。”日本築波大學參加過“京”系統研制的大介博庫教授說：“這是一部非常緊湊的機器，具有巔峰的性能表現，它真的是技術上的很大進步”。
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創新驅動超算邁上新台階
在該校“天河”大樓一間近800平方米的機房，由170個機櫃組成的天河二號整齊排列，氣勢恢宏。
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天河二號工程副總指揮李楠研究員告訴記者：“天河二號有五大特點：一是高性能，峰值速度和持續速度都創造了新的世界紀錄。二是低能耗，能效比為每瓦特19億次，達到了世界先進水平。三是應用廣，主打科學工程計算，兼顧了雲計算。四是易使用，創新發展了異構融合體系結構，提高了軟件兼容性和易編程性。五是性價比高。”

天河二號占地面積720平方米，內存總容量1400萬億字節，存儲總容量12400萬億字節，最大運行功耗17.8兆瓦。打個形象的近似比喻，天河二號運算1小時，相當於13億人同時用計算器計算一千年，其存儲總容量相當於可存儲每冊10萬字的圖書600億冊。相比此前排名世界第一的美國“泰坦”超級計算機，天河二號計算速度是“泰坦”的2倍，計算密度是“泰坦”的2.5倍，能效比相當。與該校此前研制的天河一號相比，天河二號計算性能和計算密度均提升了10倍以上，能效比提升了2倍，二者占地面積相當，執行相同計算任務的耗電量只有天河一號的三分之一。
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高性能、高能效從何而來？天河二號工程總指揮、總設計師廖湘科研究員說：一切源於瞄准國際前沿的自主創新，是自主創新推動了中國超算的跨越式發展。
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記者在現場看到，計算能力比天河一號提升了10倍以上的天河二號，占地面積卻相差無幾。科研人員告訴記者，如果不能有效解決超級計算機的體積問題，系統的安裝調試、運行管理等都將成為很大的難題。天河二號設計實現了高密度、高精度的結構工藝，採用了多機櫃封閉循環的水風混合冷卻方案，有效縮減了系統體積，與美國“泰坦”相比，計算能力是它的2倍，體積卻比它小了15%。
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天河二號還在高速互連、新型層次式加速存儲架構、容錯設計與故障管理、綜合化能效控制、高密度高精度結構工藝等方面取得了一系列創新和突破。

讓天河二號更加實用好用
“超級計算機研制難，用好更難。”這是國際超算領域的普遍認識。天河二號副總設計師朱小謙研究員說：“我們不僅要研制世界性能最高的超級計算機，而且要研制穩定可靠、應用廣泛的超級計算機。”
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2010年，天河一號在國家超級計算天津中心投入使用後，構建形成了石油勘探、生物醫藥、動漫與影視特效渲染、高端裝備制造和地理信息五大高性能計算應用平台，先後為國內外600多家用戶提供了超級計算服務，取得了一批具有國際先進水平的創新成果。os.tvboxnow.com, ?  ~8 J" I4 g0 W' l1 h, F
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與國外超級計算機主要針對科學工程計算不同，天河二號在強化科學工程計算的同時，可高效支持大數據處理、高吞吐率和高安全信息服務等多類應用，使得天河二號應用面更寬、易用性更好。

系統容錯性能是評價超級計算機穩定性的重要指標。在天河二號中，科研人員通過採用多層次容錯設計，實現了超大系統的智能化管理，可自動監控、檢測、診斷、隔離系統運行時出現的故障，與天河一號相比，全系統連續穩定時間提高了1.5倍以上，可靠性和可用性邁上了一個新台階。5 ]: v7 O) l3 o' ?1 a9 I: q/ t- V& G
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據朱小謙介紹，近年來，中國超級計算機需求迅猛增長，為中國超級計算機研制、應用的快速發展提供了強勁動力，同時推動著科技創新、產業升級、經濟社會發展。0 x/ V* p, A: e: y
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廣州超級計算中心先導系統技術負責人盧澤新研究員說，天河二號具有強大的計算能力，以500人規模的全基因組信息關聯性分析為例，華大基因利用原有計算機需1年時間，利用天河二號只需3個小時。在新車研發中，採用傳統設計手段，一般要經過上百次的真實碰撞實驗，歷時兩年多才能完成一款新車的結構設計，而利用天河二號對汽車碰撞模擬和空氣動力學模擬結果，只需3到5次實車碰撞，兩個月即可完成任務。tvb now,tvbnow,bttvb4 ]9 e1 Y, J# H3 z# _1 [
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追逐強國夢的創新團隊tvb now,tvbnow,bttvb) o( f7 I- o7 r3 X, d7 u# D
三年之內，兩度問鼎。該校“天河”高性能計算創新團隊一次次創造著讓世界震驚、令國人驕傲的科技奇跡。奧秘何在？該校計算機學院政委劉學民說：“把五星紅旗插上世界科技高峰，是‘天河人’始終追逐的超算夢。”

在天河二號攻關的日子里，每天晚上天河樓的燈火都是徹夜長明。“周周5加2，天天白加黑”，成為科研人員的工作常態。為了突破系統規模擴大帶來的穩定性問題，他們經常把自己封閉起來攻關，潛心研究，直到找到解決問題的辦法。

在天河二號的研制過程中，每當遇到技術瓶頸時，大家總是群策群力，集智攻關，以致於很多設計思想、創新點子說不清到底該屬於誰，成果即便獲獎，也只能署少數人的名字。面對榮譽得失，大家總是胸懷坦蕩：“能參與這樣大的國家工程，我們感到無比自豪。”

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