曙光5000再次刷新了中國(guó)高性能計(jì)算的速度，這臺(tái)擁有超百萬(wàn)億次計(jì)算能力，而占地卻只需75平方米的高性能集群，幾乎可以挑戰(zhàn)全球高性能計(jì)算機(jī)的頂峰——千萬(wàn)億次機(jī)。那么，它的真面目是怎樣的，它的出現(xiàn)給中國(guó)的HPC產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了怎樣的影響？

6月24日，中國(guó)高性能計(jì)算機(jī)的研發(fā)邁上了新的臺(tái)階。中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所、曙光公司和上海超級(jí)計(jì)算中心聯(lián)合舉行了曙光5000落戶(hù)上海簽約儀式。

這標(biāo)志著中國(guó)用戶(hù)即將擁有國(guó)產(chǎn)品牌的百萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)，屆時(shí)上海超級(jí)計(jì)算機(jī)中心也將成為世界上最大的通用計(jì)算平臺(tái)。即將落戶(hù)上海超級(jí)計(jì)算中心的曙光5000將擁有200萬(wàn)億次的浮點(diǎn)運(yùn)算能力，這個(gè)速度將再次刷新國(guó)內(nèi)高性能計(jì)算的紀(jì)錄（上次紀(jì)錄是由同樣在上海超算服役的擁有11萬(wàn)億次的曙光4000創(chuàng)造的），同時(shí)在世界的通用超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域也是名列前茅。

中國(guó)速度

1983年，由國(guó)防科技大學(xué)研制的銀河Ⅰ型億次巨型機(jī)系統(tǒng)的成功問(wèn)世，標(biāo)志著我國(guó)具備了研制高端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的能力。此后，經(jīng)過(guò)了新世紀(jì)前后的銀河系列、神威系列、曙光1000～3000的高性能計(jì)算機(jī)，我國(guó)的HPC產(chǎn)業(yè)從一窮二白起家，然后飛速發(fā)展，直到2003年的聯(lián)想深騰6800以及2004年具有10萬(wàn)億次計(jì)算能力的曙光4000A的出現(xiàn)，才把我國(guó)的高性能計(jì)算產(chǎn)業(yè)真正推上了一個(gè)高峰。

曙光4000A面世的時(shí)候，還憑借其10萬(wàn)億次的計(jì)算速度而闖進(jìn)全球超級(jí)計(jì)算TOP500排行榜前10。如今，這個(gè)已經(jīng)為上海超算中心服役3年的“功臣”就要光榮“退崗”了，因?yàn)橛兄哂?jì)算能力的曙光5000將代替它繼續(xù)為中國(guó)的高性能領(lǐng)域服務(wù)。

“曙光5000”高性能計(jì)算機(jī)是國(guó)家863計(jì)劃支持的研究項(xiàng)目。其浮點(diǎn)運(yùn)算處理能力可以達(dá)到230萬(wàn)億次，Linpack速度預(yù)測(cè)將達(dá)到160萬(wàn)億次，這個(gè)速度將有望讓中國(guó)高性能計(jì)算機(jī)再次躋身世界前10。除了超強(qiáng)的計(jì)算能力，它還擁有全自主、超高密度、超高性?xún)r(jià)比、超低功耗以及超廣泛應(yīng)用等特點(diǎn)。

“100萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)所面臨的技術(shù)瓶頸要比10萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)更多、更難解決，但絕對(duì)不是簡(jiǎn)單的數(shù)字疊加?！锕?000’的問(wèn)世使中國(guó)成為繼美國(guó)之后第二個(gè)能制造和應(yīng)用超100萬(wàn)億次商用高性能計(jì)算機(jī)的國(guó)家，也表明我國(guó)生產(chǎn)、應(yīng)用、維護(hù)高性能計(jì)算機(jī)的能力達(dá)到世界先進(jìn)水平?！笔锕夤究偛脷v軍表示。

目前，曙光5000已成功運(yùn)行于證券指數(shù)計(jì)算、電力安全評(píng)估、建筑工程抗震性評(píng)估、天氣預(yù)報(bào)、石油地震資料處理、核能開(kāi)發(fā)利用、汽車(chē)碰撞、電磁輻射、計(jì)算流體力學(xué)、基因匹配與拼接、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析和材料科學(xué)等領(lǐng)域的20多項(xiàng)應(yīng)用。中科院計(jì)算所所長(zhǎng)李國(guó)杰院士在接受記者采訪時(shí)表示，高性能計(jì)算機(jī)是用來(lái)解決大問(wèn)題的計(jì)算平臺(tái)，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)安全、石油領(lǐng)域等都發(fā)揮了很大作用?！笆锕?000”與國(guó)際上千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)在性能功耗比、價(jià)格比及組裝密度等指標(biāo)上已不相上下。李國(guó)杰還透露，我國(guó)將于2010年推出千萬(wàn)億次超級(jí)服務(wù)器。

自主創(chuàng)新

超百萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)的推出，充分說(shuō)明了曙光公司的研發(fā)實(shí)力。曙光成立于1995年，背靠中科院計(jì)算所和國(guó)家智能計(jì)算機(jī)研究開(kāi)發(fā)中心，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，曙光公司積累了豐富的服務(wù)器產(chǎn)品研發(fā)、應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，并在天津建成了曙光產(chǎn)業(yè)基地，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算機(jī)的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，構(gòu)建了集研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造于一體的服務(wù)器產(chǎn)鏈。曙光5000就是在曙光的天津產(chǎn)業(yè)基地生產(chǎn)而成的。

“曙光5000是全自主的國(guó)產(chǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)?！崩顕?guó)杰院士的觀點(diǎn)一直是強(qiáng)調(diào)“自主創(chuàng)新”。在曙光5000系統(tǒng)中，中科院計(jì)算所聯(lián)合曙光公司自主設(shè)計(jì)了包括主板、體系結(jié)構(gòu)、刀片服務(wù)器、刀片機(jī)箱系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)和水冷散熱系統(tǒng)在內(nèi)的全部系統(tǒng)，而曙光5000的設(shè)計(jì)也完全符合中國(guó)刀片服務(wù)器標(biāo)準(zhǔn)。

李國(guó)杰表示，在服務(wù)器產(chǎn)品同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重的今天，只有堅(jiān)持自主創(chuàng)新才能形成產(chǎn)品差異化，才能構(gòu)建競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。而且，經(jīng)濟(jì)實(shí)力強(qiáng)勁的西方國(guó)家一直對(duì)高性能計(jì)算機(jī)的核心技術(shù)擁有掌控權(quán)，也將高性能計(jì)算機(jī)作為戰(zhàn)略物資對(duì)外封鎖。以中國(guó)為首的發(fā)展中國(guó)家，只有走自主研發(fā)的道路，不斷開(kāi)發(fā)自己的高性能計(jì)算產(chǎn)品，才能使自己不至于淪為西方國(guó)家低性能計(jì)算產(chǎn)品的高價(jià)傾銷(xiāo)地。

即將問(wèn)世的曙光5000，解決了一系列的世界性難題。例如，上千個(gè)客戶(hù)端如何在多用戶(hù)并發(fā)訪問(wèn)模式下保持穩(wěn)定的I/O性能; 面對(duì)眾多核心，操作系統(tǒng)如何容忍單個(gè)處理器故障，怎樣支持節(jié)點(diǎn)之間的隔離; 如何改造現(xiàn)有算法，并利用并行編譯技術(shù)使應(yīng)用與100萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，以達(dá)到數(shù)萬(wàn)個(gè)處理器的可擴(kuò)展性等等，這些都是國(guó)際學(xué)術(shù)界和企業(yè)所共同面對(duì)的難點(diǎn)。而通過(guò)曙光眾多技術(shù)工程師的共同努力，這些技術(shù)難點(diǎn)已經(jīng)一一突破，迎來(lái)了曙光5000的誕生。

立足用戶(hù)

根據(jù)IDC預(yù)測(cè)，2008年高性能計(jì)算市場(chǎng)銷(xiāo)售收入將超越過(guò)120億美元; 集群服務(wù)器將占據(jù)高性能計(jì)算整體份額的70%之多，集群服務(wù)器的銷(xiāo)售也將逐漸向刀片服務(wù)器領(lǐng)域偏移，這一點(diǎn)已經(jīng)在廠商們對(duì)刀片集群的偏愛(ài)中體現(xiàn)出來(lái)。預(yù)計(jì)全球年度服務(wù)器增長(zhǎng)速度平均約為9%，而高性能計(jì)算存儲(chǔ)市場(chǎng)的全球平均增長(zhǎng)速度將略高于服務(wù)器市場(chǎng)，大約為11%。高性能計(jì)算服務(wù)器和服務(wù)的銷(xiāo)售總收入將超過(guò)190億美元(軟件應(yīng)用程序、人員配置、設(shè)備和能耗的成本不計(jì)在內(nèi))。

很多服務(wù)器制造商也緊跟著業(yè)界的熱點(diǎn)。比如國(guó)外的惠普、戴爾，國(guó)內(nèi)的浪潮、曙光，其中曙光更是超前，提出了個(gè)人桌面高性能計(jì)算中心。不過(guò)今年4月份，英特爾公司高性能計(jì)算部門(mén)的高級(jí)主管StephenWheat在高性能計(jì)算大會(huì)上做的報(bào)告卻稱(chēng): “越來(lái)越多的高性能計(jì)算配置行為完全沒(méi)有進(jìn)行任何市場(chǎng)研發(fā)。”換言之，很多廠商沒(méi)有找到高性能計(jì)算用戶(hù)的真正需求。

“很多廠商在推出產(chǎn)品時(shí)，只一味地追求速度和先進(jìn)，并沒(méi)有把用戶(hù)需求放到第一位?！笔锕夤靖笨偛寐櫲A深有感觸地說(shuō)，“其實(shí)，除了速度之外，很多用戶(hù)看重的更是節(jié)能以及性?xún)r(jià)比?！?/p>

以CPU為例，世界500強(qiáng)中3/4的公司產(chǎn)品都采用了英特爾芯片，而曙光5000則配裝了6600枚AMD巴塞羅那四核處理器?！拔覀儾捎肁MD芯片是根據(jù)客戶(hù)的需求，上海超級(jí)計(jì)算中心的大量運(yùn)算需要采用基于微軟視窗操作系統(tǒng)的商業(yè)軟件。雖然英特爾的芯片在主頻上更高，如果曙光5000使用它能夠達(dá)到更高的計(jì)算峰值，但是基于對(duì)能耗的考慮，我們還是選擇了具有低主頻的AMD芯片?！甭櫲A說(shuō)。

而在成本方面，據(jù)負(fù)責(zé)曙光系列高性能計(jì)算機(jī)總體設(shè)計(jì)的孫凝暉博士介紹，對(duì)于高性能計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，芯片成本大約要占高端計(jì)算機(jī)成本的80％以上，而“曙光5000的研制成本約為兩億元人民幣，比國(guó)外正在研制的千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)成本要低得多”。

對(duì)于高性能計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，它存在的意義就是被應(yīng)用，而對(duì)于中國(guó)的HPC廠商來(lái)說(shuō)，最重要的就是被用戶(hù)的認(rèn)可。“曙光之所以有今天的發(fā)展，就是有上海超算這樣一個(gè)忠誠(chéng)的用戶(hù)做支持。”李國(guó)杰這樣表示。據(jù)上海超算中心的溪主任介紹，上海超算多年來(lái)一直堅(jiān)持用國(guó)產(chǎn)計(jì)算機(jī)。如今，上海超算部署的高性能計(jì)算機(jī)已在各行各業(yè)被使用。

挑戰(zhàn)極限

就在曙光5000技術(shù)參數(shù)曝光后的幾天里，IBM也宣布其千萬(wàn)億次的產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)。盡管它的絕對(duì)峰值速度還讓國(guó)人感覺(jué)到有點(diǎn)“愧不如人”，但是在產(chǎn)品的密度和節(jié)能等方面，國(guó)產(chǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)已經(jīng)處于領(lǐng)先地位。

“曙光5000同時(shí)在體積、節(jié)能、軟件效率和可管理方面都會(huì)有很大幅度的提高，它的性能將會(huì)是4000A的20倍，體積只有2/3，耗電只增加了50％，這些方面在整個(gè)業(yè)界也是首屈一指的。”歷軍自豪地說(shuō)。

眾所周知，對(duì)于大規(guī)模，高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而言，如何提高系統(tǒng)密度，并降低功耗是研制人員面臨的關(guān)鍵問(wèn)題之一。為提高曙光5000的系統(tǒng)密度，中科院計(jì)算所聯(lián)合曙光公司，研制了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的4CPU 4核高密度刀片主板和基于該主板的世界上第一款7U高度的10片4路4核64位CPU的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)刀片服務(wù)器。該刀片服務(wù)器可以實(shí)現(xiàn)單機(jī)箱40CPU、160核的超高計(jì)算密度，并實(shí)現(xiàn)了單節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的并行計(jì)算。

“曙光5000的單體是一人多高的機(jī)柜，機(jī)柜由上下5個(gè)機(jī)箱構(gòu)成，每個(gè)機(jī)箱高密度集成了40個(gè)CPU芯片。雖然整個(gè)系統(tǒng)擁有數(shù)十個(gè)不同功能的機(jī)柜，占地面積卻只有75平方米，好比6000多臺(tái)電腦神奇地容入一個(gè)小戶(hù)型內(nèi)?！崩顕?guó)杰表示，“曙光5000”的絕對(duì)計(jì)算速度并不是世界第一，但單位計(jì)算效率和單位計(jì)算低能耗方面可能成為世界第一。它與IBM最新超級(jí)計(jì)算機(jī)相比，單機(jī)柜每秒計(jì)算性能達(dá)7.5萬(wàn)億次（后者為3.5萬(wàn)億次），每百萬(wàn)億次計(jì)算僅需約14個(gè)機(jī)柜（后者約29個(gè)機(jī)柜）、耗電為350千瓦（后者為400千瓦）。

“曙光5000不但證明了中國(guó)高性能計(jì)算方面的實(shí)力，為眾多重大科研項(xiàng)目的研發(fā)項(xiàng)目鋪平道路，同時(shí)其廣泛的應(yīng)用范疇還解決了國(guó)內(nèi)日益增長(zhǎng)的商用高性能計(jì)算資源緊張的現(xiàn)狀和社會(huì)對(duì)節(jié)能環(huán)保方面的要求?！睔v軍表示，曙光5000不但為國(guó)家“863計(jì)劃”交出了滿(mǎn)意的答卷，也為國(guó)民和社會(huì)交出了一份滿(mǎn)意的答案。

采訪手記

下一個(gè)目標(biāo): 千萬(wàn)億次

曙光5000以百萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算能力開(kāi)辟了高性能的新時(shí)代，使中國(guó)成為繼美國(guó)之后第二個(gè)能制造和應(yīng)用超百萬(wàn)億次商用高性能計(jì)算機(jī)的國(guó)家?！叭欢?，我們不會(huì)在這個(gè)成績(jī)上停滯不前，曙光的下一個(gè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)！”曙光公司總裁歷軍信誓旦旦地說(shuō)道。

從全球來(lái)看，具有千萬(wàn)億次計(jì)算能力的超級(jí)計(jì)算機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)。在今年6月初最新一期（第31屆）超級(jí)計(jì)算TOP500排行榜上，IBM新近研發(fā)的超級(jí)計(jì)算機(jī)Roadrunner以1026萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算位居榜首。排行榜顯示，美國(guó)仍然是超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用最廣的國(guó)家。而值得注意的是，印度已經(jīng)第二次進(jìn)入了TOP500的前10名，其超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的是惠普Cluster Platform 3000 BL460c系統(tǒng)，并且整合了自己的創(chuàng)新路由技術(shù)，使其性能達(dá)到132.8 萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算而名列第八。

“6月24日，曙光正式發(fā)布了峰值運(yùn)算能力達(dá)每秒230萬(wàn)億次的5000超級(jí)計(jì)算機(jī)，并和上海超級(jí)計(jì)算機(jī)中心簽約?？上У氖?，該機(jī)錯(cuò)過(guò)了TOP500.Org今年6月的榜單，否則可以位居第八?！笔锕夤靖笨偛寐櫲A說(shuō)。

“不過(guò)曙光5000在申報(bào)2008年11月的全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行時(shí)，還是很有機(jī)會(huì)進(jìn)入前10的榜單?！甭櫲A說(shuō)，“但是，排名并不是我們追求的目的，我們追求的是在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間推出符合用戶(hù)要求的機(jī)器。如果從機(jī)器研發(fā)本身來(lái)說(shuō)，曙光5000還能在更早時(shí)間推出，但是我們?yōu)榱藥Ыo用戶(hù)更適合、性?xún)r(jià)比更高的產(chǎn)品，我們對(duì)某些技術(shù)做了一遍又一遍的嘗試和更新?！?/p>

以CPU為例，其實(shí)曙光5000系統(tǒng)完全支持高功耗CPU，在同樣的價(jià)格下可以做到CPU 2.6G主頻，但是曙光采用了低功耗的CPU，主頻降到了1.9G，這對(duì)用戶(hù)來(lái)講意味著損失了大量的系統(tǒng)理論峰值，但從另一個(gè)角度來(lái)講，這給用戶(hù)帶來(lái)了一個(gè)福音。實(shí)際上每一顆CPU可以降低接近30瓦的功耗，而曙光5000系統(tǒng)中的CPU多達(dá)幾千顆，這樣一年為用戶(hù)省下的電費(fèi)就相當(dāng)可觀了。

但是人類(lèi)對(duì)技術(shù)的應(yīng)用和追求是無(wú)止境的.百萬(wàn)億次也不是曙光的終點(diǎn)。如今曙光已經(jīng)邁上了“千萬(wàn)億次”的征程，相信在用戶(hù)需要的那一天，具有千萬(wàn)億次計(jì)算能力的曙光高性能機(jī)就會(huì)出現(xiàn)。（文/劉麗麗）

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曙光5000的9大技術(shù)亮點(diǎn)

1. 高性能

采用國(guó)際高性能計(jì)算機(jī)主流的機(jī)群結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)規(guī)模達(dá)到1650個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)為4CPU的4核SMP系統(tǒng)，采用AMD Barcelona 2.0GHz處理器，峰值運(yùn)算速度為230TFLOPS。

2. 全自主

在自主創(chuàng)新的研制過(guò)程中，曙光在業(yè)界實(shí)現(xiàn)了多個(gè)第一:

首次實(shí)現(xiàn)了4路16核的高密度刀片系統(tǒng);

首次實(shí)現(xiàn)了單刀片機(jī)箱40克CPU的高密度機(jī)箱設(shè)計(jì);

首次實(shí)現(xiàn)了基于DDR的Infiniband的交換結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了20GB高速互聯(lián)和小于1.3us的低延遲;

首次采用了水冷散熱系統(tǒng)，降低了高性能計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)房系統(tǒng)的要求，降低了系統(tǒng)功耗。

3. 高效能

由于采用高密度服務(wù)器，曙光5000在大約75平方米的占地面積內(nèi)聚集了230萬(wàn)億次的計(jì)算能力。

4. 高密度

為提高曙光5000的系統(tǒng)密度，中科院計(jì)算所聯(lián)合曙光公司，研制了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的4CPU 4核高密度刀片主板和基于該主板的世界上第一款7U高度的10片4路4核64位CPU的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)刀片服務(wù)器。

5. 高速互聯(lián)

曙光5000采用基于DDR的 Infiniband高速網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)合一。實(shí)現(xiàn)了20GB的節(jié)點(diǎn)間傳輸速度，實(shí)現(xiàn)業(yè)界最快的小于1.3us延時(shí)。

6. 應(yīng)用廣泛

曙光5000不僅可以應(yīng)用于高性能計(jì)算，還可以應(yīng)用于信息服務(wù)，電子政務(wù)，網(wǎng)絡(luò)游戲等常見(jiàn)商業(yè)應(yīng)用。

在商業(yè)應(yīng)用方面，由于曙光5000使用Suse Linux 和 WCCS ，可廣泛運(yùn)行目前Linux和Windows下的主流的行業(yè)軟件。

7. 節(jié)能

曙光積極響應(yīng)世界環(huán)保組織節(jié)能減排的號(hào)召，在曙光5000中采用了多項(xiàng)節(jié)能措施，使曙光5000在滿(mǎn)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，不帶水冷系統(tǒng)的功耗為700千瓦，帶水冷系統(tǒng)的功耗僅為1000千瓦。

8. 高性?xún)r(jià)比

通過(guò)選擇AMD Barcelona和自行研制的主板，使曙光5000具有很好的性能價(jià)格比。實(shí)現(xiàn)230萬(wàn)億次的計(jì)算速度的曙光5000總造價(jià)約兩億元。

9. 自主創(chuàng)新的管理軟件

曙光5000中，曙光自主開(kāi)發(fā)了Grid View集群管理管理系統(tǒng)。曙光新一代Gridview大型機(jī)綜合管理系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的集中式監(jiān)控平臺(tái)，具備可擴(kuò)展性、集成性、可靠性和易用性，提供對(duì)各種商用、自己研發(fā)的管理工具的集成接口。