■賈鵬

天河二號運算1小時相當(dāng)13億人用計算器算1000年

■賈鵬

近日，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(jī)TOP500組織正式發(fā)布了第41屆世界超級計算機(jī)500強(qiáng)排名榜，國防科技大學(xué)研制的天河二號超級計算機(jī)，以峰值計算速度每秒5.49億億次、持續(xù)計算速度每秒3.39億億次雙精度浮點運算的優(yōu)異性能位居榜首。

中國超級計算機(jī)繼天河一號之后，第二次登上了世界第一的寶座。天河二號成為當(dāng)今世界運算速度最快、綜合技術(shù)領(lǐng)先的超級計算機(jī)，中國超級計算機(jī)研制水平繼續(xù)處于世界領(lǐng)先行列。

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(xué)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(xù)速度，在世界超級計算機(jī)500強(qiáng)中位居第一，中國人首次站到了超級計算機(jī)世界冠軍的領(lǐng)獎臺上。

然而，僅僅過了不到8個月，日本一臺名為“京”的超級計算機(jī)就將天河一號擠下冠軍臺。之后，美國研制的“紅杉”、“泰坦”超級計算機(jī)先后坐上世界第一的交椅，天河一號排名滑落至第8名。

當(dāng)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(jī)學(xué)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(guān)，突破了一系列核心關(guān)鍵技術(shù)，于今年5月將運算速度達(dá)到5.49億億次的天河二號超級計算機(jī)呈現(xiàn)在世人面前。

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(lǐng)域的權(quán)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(xué)杰克·唐加拉教授說：“天河二號與美國的‘泰坦’大小相當(dāng)，速度卻是它的兩倍，制造這樣強(qiáng)大的系統(tǒng)需要很強(qiáng)的技術(shù)?！钡聡壤？茖W(xué)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(jī)之一，它有著非常出色的表現(xiàn)?！比毡局ù髮W(xué)參加過“京”系統(tǒng)研制的大介博庫教授說：“這是一部非常緊湊的機(jī)器，具有巔峰的性能表現(xiàn)，它真的是技術(shù)上的很大進(jìn)步”。

創(chuàng)新驅(qū)動超算邁上新臺階

在該校“天河”大樓一間近800平方米的機(jī)房，由170個機(jī)柜組成的天河二號整齊排列，氣勢恢宏。

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(xù)速度都創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。二是低能耗，能效比為每瓦特19億次，達(dá)到了世界先進(jìn)水平。三是應(yīng)用廣，主打科學(xué)工程計算，兼顧了云計算。四是易使用，創(chuàng)新發(fā)展了異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)，提高了軟件兼容性和易編程性。五是性價比高?！?/p>

天河二號占地面積720平方米，內(nèi)存總?cè)萘?400萬億字節(jié)，存儲總?cè)萘?2400萬億字節(jié)，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(dāng)于13億人同時用計算器計算1000年，其存儲總?cè)萘肯喈?dāng)于可存儲每冊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(jī)，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(dāng)。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(dāng)，執(zhí)行相同計算任務(wù)的耗電量只有天河一號的三分之一。

高性能、高能效從何而來？天河二號工程總指揮、總設(shè)計師廖湘科研究員說：一切源于瞄準(zhǔn)國際前沿的自主創(chuàng)新，是自

主創(chuàng)新推動了中國超算的跨越式發(fā)展。

記者在現(xiàn)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?？蒲腥藛T告訴記者，如果不能有效解決超級計算機(jī)的體積問題，系統(tǒng)的安裝調(diào)試、運行管理等都將成為很大的難題。天河二號設(shè)計實現(xiàn)了高密度、高精度的結(jié)構(gòu)工藝，采用了多機(jī)柜封閉循環(huán)的水風(fēng)混合冷卻方案，有效縮減了系統(tǒng)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%。

天河二號還在高速互連、新型層次式加速存儲架構(gòu)、容錯設(shè)計與故障管理、綜合化能效控制、高密度高精度結(jié)構(gòu)工藝等方面取得了一系列創(chuàng)新和突破。

讓天河二號更加實用好用

“超級計算機(jī)研制難，用好更難?！边@是國際超算領(lǐng)域的普遍認(rèn)識。天河二號副總設(shè)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(jī)，而且要研制穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛的超級計算機(jī)?！?/p>

2010年，天河一號在國家超級計算天津中心投入使用后，構(gòu)建形成了石油勘探、生物醫(yī)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(yīng)用平臺，先后為國內(nèi)外600多家用戶提供了超級計算服務(wù)，取得了一批具有國際先進(jìn)水平的創(chuàng)新成果。

與國外超級計算機(jī)主要針對科學(xué)工程計算不同，天河二號在強(qiáng)化科學(xué)工程計算的同時，可高效支持大數(shù)據(jù)處理、高吞吐率和高安全信息服務(wù)等多類應(yīng)用，使得天河二號應(yīng)用面更寬、易用性更好。

系統(tǒng)容錯性能是評價超級計算機(jī)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。在天河二號中，科研人員通過采用多層次容錯設(shè)計，實現(xiàn)了超大系統(tǒng)的智能化管理，可自動監(jiān)控、檢測、診斷、隔離系統(tǒng)運行時出現(xiàn)的故障，與天河一號相比，全系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定時間提高了1.5倍以上，可靠性和可用性邁上了一個新臺階。

據(jù)朱小謙介紹，近年來，中國超級計算機(jī)需求迅猛增長，為中國超級計算機(jī)研制、應(yīng)用的快速發(fā)展提供了強(qiáng)勁動力，同時推動著科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)升級、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展。

廣州超級計算中心先導(dǎo)系統(tǒng)技術(shù)負(fù)責(zé)人盧澤新研究員說，天河二號具有強(qiáng)大的計算能力，以500人規(guī)模的全基因組信息關(guān)聯(lián)性分析為例，華大基因利用原有計算機(jī)需1年時間，利用天河二號只需3個小時。在新車研發(fā)中，采用傳統(tǒng)設(shè)計手段，一般要經(jīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計，而利用天河二號對汽車碰撞模擬和空氣動力學(xué)模擬結(jié)果，只需3到5次實車碰撞，兩個月即可完成任務(wù)。

追逐強(qiáng)國夢的創(chuàng)新團(tuán)隊

三年之內(nèi)，兩度問鼎。該?！疤旌印备咝阅苡嬎銊?chuàng)新團(tuán)隊一次次創(chuàng)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(jī)學(xué)院政委劉學(xué)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(guān)的日子里，每天晚上天河樓的燈火都是徹夜長明?！爸苤?加2，天天白加黑”，成為科研人員的工作常態(tài)。為了突破系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大帶來的穩(wěn)定性問題，他們經(jīng)常把自己封閉起來攻關(guān)，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(dāng)遇到技術(shù)瓶頸時，大家總是群策群力，集智攻關(guān)，以致于很多設(shè)計思想、創(chuàng)新點子說不清到底該屬于誰，成果即便獲獎，也只能署少數(shù)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。”