百度百科天河一号.docx

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XX百科天河一号

XX百科——天河一号

百科名片

天河一号

超级计算机又称高性能计算机、巨型计算机，是世界公认的高新技术制高点和21世纪最重要的科学领域之一。

“天河一号”为我国首台千万亿次超级计算机。

计划从2010年9月开始进行系统调试与测试，并分步提交用户使用。

2010年11月14日，国际TOP500组织在网站上公布了最新全球超级计算机前500强排行榜，中国首台千万亿次超级计算机系统“天河一号”雄居第一。

目录

简介

全球最快

1系统配置配置介绍

11硬件系统

1计算阵列

1加速阵列

1服务阵列

1互连通信子系统

1I/O存储子系统

1监控

1软件系统

1操作系统

1编译系统

1资源管理

1并行程序开发环境

1峰值性能

1系统能效

1操作系统

1可广泛应用于

发展历程

科研意义

使用芯片

世界排名

我国第一

或夺头筹

相关资料

1相关阅读港媒评论

数字详解

使用进展

简介

全球最快

1系统配置配置介绍

11硬件系统

1计算阵列

1加速阵列

1服务阵列

1互连通信子系统

1I/O存储子系统

1监控

1软件系统

1操作系统

1编译系统

1资源管理

1并行程序开发环境

1峰值性能

1系统能效

1操作系统

1可广泛应用于

发展历程

科研意义

使用芯片

世界排名

我国第一

o或夺头筹

o相关资料

1相关阅读港媒评论

o

o数字详解

o使用进展

展开

编辑本段简介

　　2009年10月29日，随着第一台国产千万亿次超级计算机在湖南长沙亮相，作为算盘这一古老计算器的发明者，中国拥有了历史上计算速度最快的工具。

天河一号千万亿次超级计算机系统

每秒钟1206万亿次的峰值速度，和每秒563.1万亿次的Linpack实测性能，使这台名为“天河一号”的计算机位居同日公布的中国超级计算机前100强之首，也使中国成为继美国之后世界上第二个能够自主研制千万亿次超级计算机的国家。

　　这个速度意味着，如果用“天河一号”计算一秒，则相当于全国13亿人连续计算88年。

如果用“天河一号”计算一天，一台当前主流微机得算160年。

“天河一号”的存储量，则相当于4个国家图书馆藏书量之和。

　　2010年，国防科学技术大学在“天河一号”的基础上，对加速节点进行了扩充与升级，新的“天河一号A”系统已经完成了安装部署，其实测运算能力从上一代的每秒563.1万亿次倍增至2507万亿次，成为目前世界上最快的超级计算机！

　　2010年11月，天河一号创世界纪录协会世界最快的计算机世界纪录。

[1]编辑本段全球最快

　　“天河一号”由国防科学技术大学研制，部

天河一号（8张）

署在国家超级计算天津中心，其实测运算速度可以达到每秒2570万亿次。

　　美国橡树岭国家实验室的“美洲虎”超级计算机此前排名第一，在新榜单中，其排名下滑一位。

“美洲虎”的实测运算速度可达每秒1750万亿次。

　　排名第三的是中国曙光公司研制的“星云”高性能计算机，其实测运算速度达到每秒1270万亿次。

　　TOP500是全世界最权威的超级计算机排名榜。

从1993年起，作为对全球已安装的超级计算机进行排名的权威机构，国际TOP500组织以计算机实测速度（Linpack测试值）为基准，每年两次发布世界上最快的500台超级计算机排名。

14日公布的是第36版排行榜。

[2]编辑本段系统配置

配置介绍

　　天河一号　　–6144个通用处理器（3072x2IntelQuadCoreXeonE55402.53GHz/E55403.0GHz）；　　–5120个加速处理器（2560ATIRadeon4870x2575MHz）　　–内存总容量98TB；　　–点点通信带宽40Gbps；　　–共享磁盘总容量为1PB　　天河一号A　　–2048颗我国自主研发的飞腾FT-1000八核心处理器　　–14336颗IntelXeonX56702.93GHz六核心处理器　　–7168块NVIDIATeslaM2050高性能计算卡

1硬件系统

　　–计算阵列、加速阵列、服务阵列，以及互连通信子系统、I/O存储子系统和监控诊断子系统等

计算阵列

　　–2560个计算结点；　　–每个计算结点集成2个IntelCPU，配32GB内存。

加速阵列

　　–2560个加速结点；　　–每个加速结点含2个AMDGPU、2GB显存。

服务阵列

　　–512个服务结点；　　–每个服务结点含2个IntelEPCPU、32GB内存。

互连通信子系统

　　–采用两级InfinibandQDR互；　　–单个通信链路的通信带宽为40Gbps、延迟1.2μs。

I/O存储子系统

　　–采用全局分布共享并行I/O系统结构；　　–磁盘总容量1PB。

监控

　　–采用分布式集中管理结构，实现全系统的实时安全监测、系统控制和调试诊断等功能

软件系统

　　–操作系统、编译系统、资源管理系统和并行程序开发环境等四部分组成。

操作系统

　　–操作系统采用64位Linux；　　–面向高性能并行计算、支持能耗管理、虚拟化和安全隔离等进行了针对性设计。

编译系统

　　–支持C、C++、Fortran77/90/95、Java语言；　　–支持OpenMP、MPI并行编程；　　–提供异构协同编程框架，高效发挥CPU和GPU的协同计算能力。

资源管理

　　–提供全系统资源统一视图，实现多策略资源分配与作业调度，有效提高资源利用率和系统吞吐率

并行程序开发环境

　　–并行程序开发环境提供一体化图形用户界面，支持应用程序的调试和性能分析。

峰值性能

　　1.206PFlops，LINPACK测试性能563.1TFlops@575MHz，超过2009年6月TOP500第四位；

系统能效

　　431.7MFlops/W，超过2009年6月Green500第五位。

操作系统

　　符合B2级安全标准，提供基于隔离的用户安全工作环境　　提供统一的全系统资源管理视图、友好的系统管理使用界面、一体化的并行应用集成开发环境和虚拟化的网络计算环境

可广泛应用于

　　–石油勘探数据处理；　　–生物医药研究；　　–航空航天装备研制；　　–资源勘测和卫星遥感数据处理；　　–金融工程数据分析；　　–气象预报和气候预测；　　–海洋环境数值模拟；　　–短期地震预报；　　–新材料开发和设计；　　–土木工程设计；　　–基础科学理论计算等。

编辑本段发展历程

　　作为中国高技术研究发展计划（863计划）中的一个重大项目，“天河一号”的设计始于2008年。

　　“随着我国经济的发展，环境控制、生物医药等领域已经对千万亿次甚至更高性能的计算机提出了现实需求。

”国防科技大学校长张育林说。

　　国防科技大学是“天河一号”的研制者。

1983年面世的中国第一台亿次计算机“银河一号”，同样诞生在这所大学。

国防科技大学是“天河一号”的研制者

“超级计算机的研制历程表明，我们要在高技术领域有所作为，必须走一条中国特色的自主创新之路。

”张育林说，“一味追求国际排名是没有意义的，只有在核心技术、实际效益和人才培养上不断实现新的突破，科学研究才有了持续发展的动力。

”　　采用了“多阵列可配置协同并行体系结构”等7项关键创新技术的“天河一号”，综合技术水平位居世界前列，具有高性能、高能效、高安全和易使用的特点。

在实现技术跨越的同时，由200多人组成、平均年龄为36岁的“天河”团队还首次尝试了军地合作、多家单位协同攻关的开发模式。

　　中国传统文化里，“天河”是银河的别称。

张育林说，这台计算机的名字暗示着天津与“银河一号”计算机诞生地之间的合作。

　　2010年年底之前，这台由103个机柜组成、占地面积近千平方米、总重量155吨的庞大计算机将安装到中国两个国家级超级计算中心之一的天津中心，向国内

外用户提供超级计算服务。

　　“在现代科学发展中，计算已经成为与理论和实验并行的第3大引擎。

”国家超级计算天津中心主任刘光明说，“天河一号”将在资源勘探、生物医药研究、航空航天装备研制、金融工程、新材料开发等方面得到广泛应用。

　　“‘天河’的平台是开放的，我们愿意与全世界共享中国的创新成果。

”刘光明说。

　　（这是科研人员在对“天河一号”超级计算机在精选系统测试）

编辑本段科研意义

　　我国首台千万亿次超级计算机系统——“天河一号”由国防科学技术大学研制成功。

在今天中国高性能计算机TOP100组织公布的2009年度前100强排名中，天河

天河一号超级计算机

一号高居榜首。

　　有关专家认为，“天河一号”的诞生，是我国战略高技术和大型基础科技装备研制领域取得的又一重大创新成果，实现了我国自主研制超级计算机能力从百万亿次到千万亿次的跨越，使我国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机系统的国家。

　　“天河一号”在科技部的领导支持下，通过与天津市滨海新区密切合作，由国防科大计算机学院承担的国家863计划“千万亿次高效能计算机系统研制”课题的重大成果。

该系统突破了多阵列可配置协同并行体系结构、高速率可扩展互连通信、高效异构协同计算、基于隔离的安全控制、虚拟化的网络计算支撑、多层次的大规模系统容错、系统能耗综合控制等一系列关键技术，系统峰值性能达每秒1206万亿次双精度浮点运算，内存总容量98TB，点点通信带宽每秒40Gb，共享磁盘容量为1PB，具有高性能、高能效、高安全和易使用等显著特点，综合技术水平进入世界前列。

　　超级计算机是世界高新技术领域的战略制高点，是体现科技竞争力和综合国力的重要标志。

各大国均将其视为国家科技创新的重要基础设施，投入巨资进行研制

工作人员在介绍天河一号

开发。

我国首台千万亿次超级计算机系统的成功问世，是我国高性能计算机技术发展的又一重大突破，是国家和军队信息化建设的又一重要成果，为解决我国经济、科技等领域重大挑战性问题提供了重要手段，对提升综合国力具有重要战略意义。

“天河一号”适用于大规模科学与工程计算。

国防科大正与天津滨海新区密切合作，将“天河一号”广泛应用于石油勘探数据处理、生物医药研究、航空航天装备研制、资源勘测和卫星遥感数据处理、金融工程数据分析、气象预报、

用数值模拟方法预报台风

气候预测、海洋环境数值模拟、短临地震预报、新材料开发和设计、土木工程设计、基础科学理论计算等方面。

　　据介绍，“天河一号”将作为天津滨海新区和国防科大共同建设的国家超级计算天津中心的业务主机，面向社会开放，实现资源共享，为国内外提供超级计算服务，同时带动高科技服务产业和高端信息产业发展，着力打造高新科技服务、产业技术创新、人才聚集培养三个平台，为经济、社会发展提供高科技支撑。

　　国防科大计算机学院是我国高性能计算机研制的重要基地，被中央军委授予“科技攻关先锋”荣誉称号。

他们始终紧贴国家和军队重大战略需求，研制成功的“银河”系列高性能计算机在国家和国防建设的关键领域发挥了重要作用，为强军兴国作出了突出贡献。

参加研制的广大科技人员表示，要进一步深入学习胡锦涛总书记关于提高自主创新能力，建设创新型国家的一系列重要论述，以攀登世界科技高峰的信心和勇气，大力弘扬“银河精神”，团结协作，顽强拼搏，在更高起点上推进我国高性能计算机事业的创新发展。

编辑本段使用芯片

　　芯片厂商Nvidia称，中国制造的新型超级计算机天河一号是全球运算速度最快的计算机，将配置逾7000颗Nvidia图形芯片。

Nvidia官员称，该超级计算机由中国国防科技大学研制，安装在天津国家超级计算中心，功率相当于17.5万台笔记本电脑。

（天河一号采用AMD的ATI4870，天河一号A采用Nvidia芯片）

　　　运算速度等于2.5Petaflops，较美国田纳西州橡树岭国家实验室的全球第二大超级计算机速度快30%。

中国超级计算机命名为天河一号，跨领域科学家和其它国家将使用该超级计算机。

　　Nvidia以设计高端计算机玩家购买的视频卡闻名，该公司技术已延伸至其它领域，包括模拟天体物理学和执行其它繁重数学任务的超级计算机。

　　超级计算机还用于医疗成像、石油勘探和天气预报领域。

　　计算机中采用的传统中央处理器可快速接连计算庞大的计算任务，图形处理器擅长同时执行数个小规模计算，便于执行特殊任务。

　　Nvidia产品营销副总裁乌杰西·德赛（UjeshDesai）说：

“如果我们超越传统游戏市场，需要扩大产品组合，这正是我们两年前投资功能强大的GPU项目的原因所在。

”　　用于天河一号的图形芯片是高端卡，每卡售价2500美元，天河一号还使用了逾1.4万颗英特尔中央处理器。

　　Nvidia称，全球最强大计算机中，有7台在美国，两台在中国，一台在德国。

　　部分专家指出，由于编程人员和主流芯片厂商如英特尔传统上关注中央处理器，一直未充分利用GPU。

大家应该挖掘GPU潜力，改进普通电脑性能。

　　英特尔和竞争对手AMD计划在明年发布整合图形和传统处理器功能的微芯片。

[3]编辑本段世界排名

　　1993年，德国曼海姆大学汉斯、埃里克等人发起创建了全球超级计算机TOP500排名榜。

TOP500已发展成为全世界最具权威的超级计算机排名榜，是衡量各国超级计算水平的最重要的参考依据。

2009年6月TOP500排名中，美国占据291席，欧洲占据145席，亚洲49席，其中第1至第10名均为美国的产品，部署在美国能源部洛斯阿拉莫斯国家实验室的IBM“Roadrunner（走鹃）”名列世界第一，峰值性能达1456万亿次，Linpack实测速度为1105万亿次。

　　参照2009年6月TOP500公布的结果，“天河一号”可以排在世界第4位。

　　TOP500于2009年11月16日公布了第34届全球超级计算机五百强排行榜，我国第一台国产千万亿次（峰值性能/PetaFlops）超级计算机“天河一号”位居第五位。

排名第一的是著名超级计算机厂商Cray打造的，位于美国橡树岭国家实验室计算科学中心的“美洲虎”（Jaguar），最大性能1.759PFlops，峰值性能2.331PFlops。

编辑本段我国第一

　　10月28日，2010全国高性能计算学术年会在北京召开，“天河一号”超级计算机排名榜首。

　　曙光“星云”超级计算机仅次于“天河一号”，位居第二。

“天河一号”应用研发部部长孟祥飞博士介绍说，“天河一号”无论是实测速度还是峰值速度，都超过了国内其他超级计算机很多，并且也使中国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家。

此外，在理论上，峰值速度越快，其效率值就会越低，而“天河一号”在这方面也有所突破，在效率方面也远远领先国内其他的超级计算机。

　　“天河一号”超级计算机由6144个CPU和5120个GPU装在103个机柜组成，占地面积近千平方米，总重量达到155吨。

这个“超级大脑”将在资源勘探、生物医药研究、航空航天装备研制、金融工程、新材料开发等方面得到广泛应用，并向国内外用户提供超级计算服务。

[4]编辑本段或夺头筹

　　据《纽约时报》28日报道，美国田纳西大学创新计算机实验室每半年发布一次的“世界最快电脑500强”名单即将问世，中国制造的超级计算机“天河一号”可能会夺得头筹。

此消息一出，令超级计算机霸主美国心态纠结。

美国橡树岭国家实验室超级计算机专家表示，目前没有任何一台超级计算机的运算速度和性能能与“天河一号”匹敌。

《华尔街日报》称，中国新研制的超级计算机系统的性能有望在全球夺魁，再次显示出中国日益强大的科技实力可能给美国竞争力与国家安全带来的挑战。

　　据称，评选委员会用自己的标准对中国参选超级计算机“天河一号”进行了测算，发现其运行速度为上代冠军的1.4倍。

不过，评奖委员会成员杰克?

唐加拉表示：

“到11月1日的时候评选才会结束，现在还不能下最后结论。

但我个人认为，在评选结束之前，已经不可能有比（中国）这台电脑更快的机器出现了。

”　　美国彭博社称，中国致力于在超级计算机领域投资，以改善气候、基因学、替代能源、地震成像和国防的研究与模拟。

自2002年开始在该技术领域投资以来，其高性能计算能力已提高至全球第三，仅次于美国和欧盟。

同时，在排名世界前十的超级计算机中，中国拥有两台；相比之下，美国拥有7台。

不过，下个月这一数据就会发生变化。

据悉，在6月的“世界最快电脑500强”中，中国就占了其中24个席位。

　　据《纽约时报》报道，目前美国已计划制造更快的机器，以推动软件发展，方便研究者使用。

等这些计算机出世仍需要数年时间，现在“中国才是王者”。

　　不过，美国著名计算机设计师史蒂夫?

沃利奇则表示：

“世界不会停止脚步。

这只是暂时的情况”。

[5]编辑本段相关资料

　　今天，全国高性能计算学术年会在长沙召开，国防科技大学计算机学院在大会上发布了国内首台峰值性能超千万亿次的超级计算机系统——天河一号。

　　据悉，该超级计算机峰值性能1206万亿次双精度浮点数操作，LINPACK实测性能为560.3万亿次。

该计算机系统的实测性能数据已经提交国际TOP500进行排名，按照2009年06月的性能数据，天河一号实测性能排列TOP500第四位，峰值性能列第三位。

　　天河一号不仅为国内首台千万亿次超级计算机，而且采用了创新的系统架构设计，达到了很高的能效，达到431.7MFlops/W,排列于Green500第五位。

　　天河一号采用6144个INTEL通用多核处理器和5120个AMD图形加速处理器,内存总容量98TB,点对点通信带宽40Gbps,而共享磁盘总容量则达到1PB。

该超级计算机系统将部署于天津滨海新区国家超级计算天津中心作为业务主机。

　　曙光用的是微软的操作系统，“天河一号”的操作系统用的是我们的“银河麒麟”操作系统，在“银河麒麟”操作系统基础上进行改造的。

“银河麒麟”是国防科技大学自主研制，目前我国等级最高的操作系统。

它是自主研制的，它的内核、很多接口我国拥有自主知识产权；同时，它又能兼容国际上很多操作系统，主要是linux操作系统，因此能够广泛地支持第三方软件。

　　现在“银河麒麟”操作系统是我国商务部的援外产品，像我们对一些友好的第三世界国家出口的计算机上装的都是该系统。

编辑本段相关阅读

　　峰值性能１２０６万亿次是质的飞跃　　２００８年９月下线的中国第一台超百万亿次超级计算机“曙光５０００Ａ”，运算峰值速度为每秒２３０万亿次。

一年后，随着“天河一号”研制成功，中国高性能计算机的峰值性能提升到了每秒１２０６万亿次。

这个数字意味着，“天河一号”计算一天，一台配置Ｉｎｔｅｌ　双核ＣＰＵ、主频为２．５ＧＨｚ的微机需要计算１６０年。

就共享存储总容量而言，“天河一号”的存储量相当于４个藏书量为２７００万册的国家图书馆。

　　“我听到‘天河一号’研制成功的消息时很震惊，我们原来预计千万亿次的计算机要到２０１０年底才在中国出现。

”中国科学院软件所研究员张云泉说，“这是我国高性能计算机发展史上新的里程。

”高性能计算机又称巨型计算机或超级计算机。

在超级计算机不断提高运算速度的过程中，千万亿次是一个难以逾越的“瓶颈”。

美国早在上个世纪９０年代就提出了做千万亿次巨型计算机的目标，直到２００７年才实现。

截至２００９年６月，世界上仅有３台千万亿次的计算机。

“国际计算机界认为，从百万亿次提升到千万亿次是一个质的变化，不可能通过单纯扩大规模来实现，而是需要体系结构上的改变。

”国防科技大学教授窦文华说，“天河一号”采用了全新的多阵列可配置协同并行的体系结构，从而实现了系统性能的提升。

窦文华认为，这种体系结构具备构建下一个量级即万万亿次计算机的能力，将会成为下一代高新计算机的主流结构。

千万亿次计算机的出现，为中国高科技计划的实施提供了一个更为广阔的平台。

“某些领域的现实需求，已经超出了目前巨型机的能力。

”窦文华说，气候预报、环境控制、飞行器设计、系统生物学等领域都需要千万亿次甚至更高性能的计算机。

因此，“天河一号”投入使用后，必将推动科学研究的速度。

七大技术四大特点打造“中国第一”一台千万亿次的“天河一号”，是否等于１０个百万亿次巨型机之和？

中国科学院院士周兴铭说，系统的效能绝不是各单元计算效能的简单叠加。

“如果用高性能微处理器直接堆出一个千万亿次的系统，功率会大得惊人，用户可能连电费都付不起，同时机器的可靠性很低，根本无法稳定工作。

表面上看‘干活’的器件多了，结果却是‘三个和尚没水吃’。

”周兴铭说，“天河一号”采用７项关键技术，使得“一加一”的结果尽量接近“二”，从而发挥出机器最大的整体效能。

这７项技术包括：

多阵列可配置协同并行体系结构、高速率扩展互联通信技术、高效异构协同计算技术、基于隔离的安全控制技术、虚拟化的网络计算支撑技术、多层次的大规模系统容错技术和系统能耗综合控制技术。

周兴铭介绍说，由于采用了一系列创新技术，这台计算机具有四大特点：

　　——高性能。

无论是１２０６万亿次的峰值性能，还是５６３．１万亿次的Ｌｉｎｐａｃｋ实测性能，均位于国内榜首、世界一流。

　　——低能耗。

能耗是每瓦电创造的计算效能，“天河一号”目前能效为每瓦４．３亿次运算，与２００９年６月公布的Ｔｏｐ５００（全球超级计算机前５００强）排名第一的美国“走鹃”（Ｒｏａｄｒｕｎｎｅｒ）相当。

参照２００９年６月公布的Ｇｒｅｅｎ５００（全球绿色超级计算机前５００强）排名，“天河一号”可以位居第５。

　　——高安全。

“天河”实现了不同用户间数据和工作信息的相互隔离。

对用户来说，相当于到银行租个保险柜，钥匙掌握自己手里。

　　——易使用。

“傻瓜化”的操作界面和菜单、鼠标等常规操作，让机器的使用变得简单。

同时，作为一台国际通用的标准化的超级计算机，“天河”上能运行来自各行业的各种程序，不存在兼容性问题。

公共服务设施承载三大功能按照工程计划，“天河一号”将于２００９年底至２０１０年在天津市滨海新区落户，成为国家超级计算天津中心的业务主机，面向国内外提供超级计算服务。

“天河”工程办公室主任李楠说，“天河一号”在投入使用后将实现三大功能：

第一，作为提供超级计算服务的全球公共科研设施，“天河”向国内外用户开放。

无论身在何处，用户都可以通过国际互联网使用“天河”进行科学计算；第二，作为产业带动平台，“天河”上集中的当今时代最先进的信息技术将逐步转移到其他产业，从而解决国家与社会发展中的各种问题；第三，作为吸引人才的平台，“天河”将进一步汇聚来自世界各地的尖端技术人才，对国民经济和世界科技的可持续发展作出更多贡献。

　　目前中国的巨型计算机用户主要集中在石油勘探、天气预报、基础研究等领域。

上个世纪末期，西方发达国家的汽车、建筑、动漫等行业已经开始普及巨型计算机。

“我国对高性能计算机的需求已经进入一个高峰期。

”李楠说，“天河”将用于石油勘探数据处理、生物医药研究、航空航天装备研制、资源勘探和卫星遥感数据处理、金融工程数据分析、环渤海生态动力和污染数值模拟、基础科学理论计算等方面。

与国家超级计算天津中心同时开始建设的，还有位于深圳的中心。

这一南一北两个国家级的超级计算中心，将成为中国高科技发展的重要引擎。

超级计算机是否只是科学研究者的“专利”？

李楠介绍说，超级计算机的应用与老百姓的生活息息相关，最常见的天气预报就是超级计算的结果。

而随着超级计算机的服务能力在未来进一步拓展，很可能会诞生一个庞大的巨型机服务产业，面向个人用户提供服务。

“比方说，未来的天气预报可能进一步定时化，个人可以随时询问某个局部区域在某个特定时间段的天气情况。

”李楠说。

超级计算机会代替人脑吗？

如同一场你追我赶的比赛，每过