當(dāng)?shù)貢r間2010年11月16日下午，美國新奧爾良市，在超級計(jì)算機(jī)2010國際會議上，國際超級計(jì)算機(jī)TOP500組織正式發(fā)布了第36屆世界超級計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜，國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制的“天河一號”超級計(jì)算機(jī)，以峰值速度4700萬億次、持續(xù)速度2566萬億次每秒浮點(diǎn)運(yùn)算的優(yōu)異性能一舉奪得世界冠軍。

在之前舉行的“2010年全國高性能計(jì)算學(xué)術(shù)年會”上，“天河一號”已經(jīng)登頂《2010年中國高性能計(jì)算機(jī)性能TOP100排行榜》?！疤旌右惶枴鳖I(lǐng)導(dǎo)小組組長、國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)校長張育林教授在接受記者采訪時說：“雖然當(dāng)時我們對‘天河一號’沖擊世界第一志在必得，但最終得到這一消息時，仍然感到十分興奮，從亞洲第一到世界第一，這是一個歷史性的突破。”

超英趕美

根據(jù)最新TOP500榜單顯示，中國已經(jīng)成為上榜計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)目第二多的國家，而且世界排名前五的高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有兩臺來自中國。

中國能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的歷史性突破實(shí)屬來之不易，中國科技界、計(jì)算機(jī)界的科研人員為之奮斗了幾代人。

1983年11月，中國首臺億次巨型計(jì)算機(jī)“銀河”在國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制成功，中國從此成為繼美、日之后，能獨(dú)立設(shè)計(jì)和制造巨型機(jī)的國家。此后，科研人員們依靠自主創(chuàng)新，相繼研制出“銀河—Ⅱ”、“銀河—III”等一系列巨型機(jī)，一步步將中國高性能計(jì)算機(jī)研制技術(shù)推向國際前沿。

“巨型計(jì)算機(jī)的發(fā)展規(guī)律是每10年性能提高1000倍。2000年的國際先進(jìn)水平是萬億次，那么到2010年左右將會達(dá)到千萬億次。所以，要占領(lǐng)制高點(diǎn)，我們必須盡快開始研制千萬億次計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?！薄疤旌右惶枴笨傇O(shè)計(jì)師、國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)副校長楊學(xué)軍教授說。

2007年盛夏，第34屆“國際計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)年會”在美國圣地亞哥召開，楊學(xué)軍的論文《64位流處理器體系結(jié)構(gòu)研究》，引起了與會者的高度關(guān)注，他們從中看到了突破更高性能計(jì)算機(jī)的希望——采用“異構(gòu)協(xié)同計(jì)算技術(shù)”來設(shè)計(jì)千萬億次超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這一全新的技術(shù)很快應(yīng)用到“天河一號”的研制中，中國科研人員首創(chuàng)了CPU和GPU相結(jié)合的異構(gòu)融合計(jì)算體系結(jié)構(gòu)。據(jù)了解，此次奪冠的“天河一號”就采用了14396顆英特爾至強(qiáng)CPU加GPU加速卡的架構(gòu)。

對此國際高性能計(jì)算專家咨詢委員會的專家高度評價，中國在CPU和GPU相結(jié)合的異構(gòu)超級計(jì)算機(jī)研究領(lǐng)域已經(jīng)走在了世界的前列，“中國人在這方面很聰明”。

美國斯坦福大學(xué)計(jì)算機(jī)系主任比爾#8226;戴利教授說：“天河計(jì)算機(jī)采取的CPU與GPU融合的結(jié)構(gòu)，代表了未來高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢。這種結(jié)構(gòu)雖然不是惟一的解決方法，但目前看來是最好的?！?/p>

“‘天河一號’一期系統(tǒng)研制成功，證明我們設(shè)計(jì)的新型體系結(jié)構(gòu)達(dá)到了預(yù)期效果。它還有進(jìn)一步拓展提高的空間。我們迅速組織力量開展技術(shù)升級與綜合優(yōu)化，著手?jǐn)U建二期系統(tǒng)?！薄疤旌右惶枴背?wù)副總設(shè)計(jì)師、國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院院長廖湘科教授說。

重在應(yīng)用

“天河一號”落戶在天津市濱海新區(qū)的國家超級計(jì)算天津中心，走進(jìn)中心的機(jī)房可以看到，“天河一號”被安裝在140個機(jī)柜中。而“天河一號”投入使用，標(biāo)志著中國擁有了首個千萬億次的超算中心，該中心也成為世界上少數(shù)幾個擁有千萬億次計(jì)算能力的科研和公共服務(wù)機(jī)構(gòu)之一。

目前，“天河一號”已在石油勘探、高端裝備研制、生物醫(yī)藥、動漫設(shè)計(jì)、新能源、新材料等領(lǐng)域獲得了成功應(yīng)用，先后為20多個用戶單位提供了高性能計(jì)算服務(wù)。

沒有金剛鉆，攬不來瓷器活?，F(xiàn)在中國有了“天河一號”這樣頂尖的超級計(jì)算機(jī)，如何把這個“金剛鉆”用好，就成為了中國高性能計(jì)算領(lǐng)域的最核心問題。

上海超級計(jì)算中心的首席科學(xué)計(jì)算工程師、高性能計(jì)算應(yīng)用技術(shù)部經(jīng)理王濤博士向記者列舉了一組數(shù)據(jù)，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)計(jì)算作業(yè)中，運(yùn)行在3萬個CPU之上的任務(wù)占到了50%，而在上海超算，60%的科學(xué)計(jì)算運(yùn)行在16個核以下?！爸袊鳫PC的應(yīng)用水平與國外先進(jìn)水平還有很大差距?！彼f。特別是當(dāng)前CPU加GPU的混合架構(gòu)方興未艾，如何將GPU用好，不僅編程困難，計(jì)算效率也是個難題。

而在“2010年全國高性能計(jì)算學(xué)術(shù)年會”上，還有專家表示，他們測試發(fā)現(xiàn)，混合架構(gòu)的超級計(jì)算機(jī)一旦GPU加速打開，很容易使系統(tǒng)溫度升高，溫度一高系統(tǒng)性能就會下降。

另外，目前國內(nèi)混合語言編程技術(shù)大賽的參加者，大都是高等院校的師生，缺少高性能計(jì)算產(chǎn)業(yè)內(nèi)中堅(jiān)力量的參與，中國在混合語言編程技術(shù)方面仍舊還有很長的路要走。

英特爾數(shù)據(jù)中心事業(yè)部、亞太和中國區(qū)高性能計(jì)算/工作站方案架構(gòu)師何萬青博士參與了“天河一號”立項(xiàng)，以及之后的跟進(jìn)與調(diào)優(yōu)的工作。在他看來，中國高性能計(jì)算產(chǎn)業(yè)還是要“應(yīng)用為先”，采用何種架構(gòu)的超級計(jì)算機(jī)，應(yīng)該根據(jù)用戶的應(yīng)用特點(diǎn)來選擇。“長期以來英特爾就有一個團(tuán)隊(duì)，專門幫助用戶根據(jù)應(yīng)用的特點(diǎn)進(jìn)行測試、調(diào)優(yōu)，以便他們在選擇或建設(shè)高性能計(jì)算機(jī)時，能夠找到最適合自身特點(diǎn)的架構(gòu)和平臺。”何萬青說。

“如何把這些世界一流的超級計(jì)算機(jī)用好，將會是未來一個重要課題?！敝袊?jì)算機(jī)學(xué)會高性能計(jì)算專委會秘書長張?jiān)迫诎l(fā)布《2010年中國高性能計(jì)算機(jī)性能TOP100排行榜》時告訴記者，今后一段時期內(nèi)，中國高性能計(jì)算機(jī)的性能將會進(jìn)入平穩(wěn)發(fā)展期，整個中國高性能計(jì)算產(chǎn)業(yè)將會把更多的精力投入到提高高性能計(jì)算應(yīng)用水平方面。

“天河一號”凝聚了中國科研人員幾代人的心血。