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“中國(guó)速度”再次震驚世界：11月14日,，世界權(quán)威的國(guó)際TOP500組織在其網(wǎng)站上公布了全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)最新排行榜，中國(guó)自主研制的“天河一號(hào)”二期系統(tǒng)（TH—1A）躍居榜首,，成為世界運(yùn)算速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī),。
“天河一號(hào)”的運(yùn)算速度有多快？它是干什么用的,？“中國(guó)速度”全球第一能保持多久,？本文為你一探究竟。
11月16日,，在位于天津?yàn)I海新區(qū)的國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心二樓，記者見(jiàn)到了全球冠軍“天河一號(hào)”：140個(gè)看上去像黑色冰箱的機(jī)柜,，在700平方米的機(jī)房?jī)?nèi)整整齊齊排成13排,。
“超級(jí)計(jì)算機(jī)被譽(yù)為計(jì)算機(jī)中的珠穆朗瑪峰，代表了一個(gè)國(guó)家計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì),、制造和應(yīng)用的最高水平,。”“天河一號(hào)”工程辦主任李楠研究員告訴記者,，TOP500排名榜目前由德國(guó)曼海姆大學(xué),、美國(guó)田納西大學(xué)、美國(guó)能源研究科學(xué)計(jì)算中心（NERSC）,、勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合舉辦,，已成為衡量各國(guó)超級(jí)計(jì)算水平最重要的參考依據(jù)。
在這次TOP500榜單中,，中國(guó)在前十中占有2席,，僅次于美國(guó)；在前500強(qiáng)中,，我們占了41席,，總體占有率8.2％，位居第二,。而在2009年11月的TOP500排名中,，我國(guó)還只有21臺(tái)，總體占有率4.2％,，位列第五,�,！斑@說(shuō)明，我國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)研制水平在以較快的速度,，整體趕超,。”李楠興奮地說(shuō),。
特點(diǎn)
速度全球第一,，能效世界領(lǐng)先
“天河一號(hào)”的速度有多快？
李楠告訴記者,，“天河一號(hào)”的峰值運(yùn)算速度為每秒4700萬(wàn)億次,。“天河一號(hào)”運(yùn)算1小時(shí),，相當(dāng)于全國(guó)13億人同時(shí)計(jì)算340年以上,；“天河一號(hào)”運(yùn)算1天，相當(dāng)于1臺(tái)雙核的高檔桌面電腦運(yùn)算620年以上,。
“天河一號(hào)”的存儲(chǔ)容量也大得驚人：其存儲(chǔ)容量為2PB,，也就是2千萬(wàn)億個(gè)字節(jié)。1個(gè)漢字平均為2個(gè)字節(jié),，“天河一號(hào)”即可在線存儲(chǔ)1千萬(wàn)億個(gè)漢字,，相當(dāng)于存儲(chǔ)100萬(wàn)字的書(shū)籍10億冊(cè)。
“‘天河一號(hào)’還是同行中的綠色先鋒,�,！崩铋榻B說(shuō)，總功耗和能效值也是當(dāng)前衡量超級(jí)計(jì)算機(jī)是否先進(jìn)的重要指標(biāo),，前者是指超級(jí)計(jì)算機(jī)滿負(fù)荷工作時(shí)的最大功耗值,，后者是指“每瓦特可實(shí)現(xiàn)‘每秒多少百萬(wàn)次雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算’”（MFlops/W），這是衡量超級(jí)計(jì)算機(jī)是否綠色,、低碳的指標(biāo),。
據(jù)他介紹，“天河一號(hào)”滿負(fù)荷運(yùn)行的總功耗是4.04兆瓦,，每小時(shí)耗電4040度,，24小時(shí)滿負(fù)荷工作耗電接近10萬(wàn)度�,！斑@個(gè)數(shù)字聽(tīng)上去很驚人,，但其實(shí)，‘天河一號(hào)’是一臺(tái)節(jié)能的綠色超級(jí)計(jì)算機(jī),�,！崩铋f(shuō)，經(jīng)過(guò)測(cè)算，它的能效值為635.15MFlops/W,，也就是每瓦特可實(shí)現(xiàn)每秒635.15百萬(wàn)次浮點(diǎn)運(yùn)算,。這個(gè)能效值，目前僅低于能效排名世界第一的“IBM藍(lán)色基因”,。
“此外,，‘天河一號(hào)’還具有高安全性的特點(diǎn)�,！薄疤旌右惶�(hào)”主任設(shè)計(jì)師盧宇彤研究員介紹,，其所采用的國(guó)防科技大學(xué)自主研制的麒麟操作系統(tǒng)，是國(guó)內(nèi)唯一通過(guò)了國(guó)家公安部B2級(jí)（最高等級(jí)）認(rèn)證的操作系統(tǒng),�,！坝脩羰褂明梓氩僮飨到y(tǒng)，可定制自己的私密工作空間,，就像租用了銀行的保險(xiǎn)箱一樣,，鑰匙和密鑰都在用戶手上，其它用戶甚至系統(tǒng)管理員都不能訪問(wèn),。而且,，麒麟操作系統(tǒng)的有關(guān)內(nèi)核和接口是我們自行定義和自行研制的，黑客很難理解和掌握,�,！北R宇彤笑著說(shuō)。
應(yīng)用
破解計(jì)算問(wèn)題,，助推戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)
“超級(jí)計(jì)算機(jī)是需求牽引的產(chǎn)物,�,！崩铋f(shuō),，經(jīng)濟(jì)、科技,、國(guó)防等領(lǐng)域存在一系列復(fù)雜,、大型的問(wèn)題需要求解，科學(xué)家經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期努力,，為這些問(wèn)題建立了越來(lái)越精細(xì)的物理模型,，通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算方法，可以在計(jì)算機(jī)上求解,。這些計(jì)算問(wèn)題中,，最復(fù)雜、最大型的一類,，被稱之為“挑戰(zhàn)性計(jì)算問(wèn)題”,，必須依賴運(yùn)算速度極快的大容量大型計(jì)算機(jī)，才能在有效的時(shí)間內(nèi)完成。
據(jù)李楠介紹,，超級(jí)計(jì)算機(jī)能夠有力推動(dòng)國(guó)家科技創(chuàng)新能力的提升,。理論研究、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算,，是科學(xué)研究常用的三種手段,，超級(jí)計(jì)算機(jī)可以幫助科學(xué)家更好地理解自然世界、發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律,，從而推動(dòng)科技進(jìn)步,。例如，2007年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者彼得·格林貝格爾,，就是德國(guó)尤利西研究中心的科學(xué)家,。他借助該中心裝備的超級(jí)計(jì)算機(jī)，發(fā)現(xiàn)了“巨磁電阻”效應(yīng),，使得小型大容量硬盤(pán)成為可能,。
其次，超級(jí)計(jì)算機(jī)能夠有力推動(dòng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展,。除了新能源,、新材料、生物醫(yī)藥,、節(jié)能環(huán)保等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),，天氣預(yù)報(bào)、氣候預(yù)測(cè),、地震監(jiān)測(cè)等社會(huì)保障事業(yè),，對(duì)超級(jí)計(jì)算的依賴性也越來(lái)越強(qiáng)。
國(guó)家超算天津中心副主任朱小謙研究員告訴記者,，目前“天河一號(hào)”已成功應(yīng)用于石油勘探,、高端裝備研制、生物醫(yī)藥,、動(dòng)漫設(shè)計(jì),、新能源、新材料,、工程設(shè)計(jì)與仿真分析,、氣象預(yù)報(bào)等領(lǐng)域，先后為20多個(gè)單位提供了高性能計(jì)算服務(wù),。其中,，中國(guó)科學(xué)院軟件研究所已用“天河一號(hào)”進(jìn)行了全球大氣淺水波全隱式數(shù)值模擬和地球外核熱流動(dòng)數(shù)值模擬兩大科學(xué)難題研究。他們的評(píng)價(jià)是：“天河一號(hào)”穩(wěn)定可靠,、使用界面友好,，尤其是自主開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)帶寬高、延遲低，與“IBM藍(lán)色基因”等相比毫不遜色,。
前景
獲歷史性突破,，整體差距猶在
“我國(guó)的高端信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)還處在發(fā)展過(guò)程中，‘天河一號(hào)’此次奪魁,，是歷史性的突破,，實(shí)屬不易�,！崩铋f(shuō),，它在國(guó)際上首創(chuàng)了CPU和GPU相融合的高效并行計(jì)算體系結(jié)構(gòu)，突破了具有世界領(lǐng)先水平的高速互連通信技術(shù),。這再次證明,，只要我們找準(zhǔn)突破口，堅(jiān)持自主創(chuàng)新,，就能夠研制出具有世界領(lǐng)先水平的產(chǎn)品,，變“中國(guó)制造”為“中國(guó)創(chuàng)造”。
“當(dāng)然,，我們對(duì)取得的成績(jī)要有一個(gè)理性的判斷,，不能沾沾自喜�,！薄疤旌右惶�(hào)”副總設(shè)計(jì)師胡慶豐研究員說(shuō),，從歷史上的TOP500排名來(lái)看，美,、英,、法、德,、日是超級(jí)計(jì)算機(jī)研發(fā)和應(yīng)用的傳統(tǒng)強(qiáng)國(guó),，其中美國(guó)憑借其長(zhǎng)期的技術(shù)積累，具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位,�,！霸谶@次排名中,，美國(guó)占了274席,，仍然具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)”。
他指出,，與發(fā)達(dá)國(guó)家尤其是美國(guó)相比,，我國(guó)在核心電子器件、高端通用芯片和基礎(chǔ)軟件,，以及大型行業(yè)應(yīng)用軟件等方面存在明顯差距,，不同程度地依賴國(guó)外進(jìn)口。就拿“天河一號(hào)”來(lái)說(shuō)，還只是部分采用了我們自主研制的飛騰—1000中央處理器,。
胡慶豐說(shuō)：“‘天河一號(hào)’的應(yīng)用推廣工作還剛剛起步,，應(yīng)用的深度和廣度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。在充分發(fā)揮系統(tǒng)并行計(jì)算能力,、優(yōu)化系統(tǒng)應(yīng)用效率等方面,，還面臨很多挑戰(zhàn)，趕超世界先進(jìn)水平還有很長(zhǎng)的路要走,�,！�
“天河一號(hào)”世界第一的位置能維持多久？李楠說(shuō),，相互超越很可能會(huì)成為今后世界超算強(qiáng)國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的常態(tài),。他舉例說(shuō)，2002年日本以“地球模擬器”超越美國(guó),，居TOP500榜首,，但美國(guó)在2004年即再次超越，奪回霸主地位,。據(jù)《紐約時(shí)報(bào)》報(bào)道,，目前美國(guó)已計(jì)劃制造更快的超級(jí)計(jì)算機(jī)。此外,，日本也正在研制萬(wàn)萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)K系統(tǒng),。
“國(guó)家已經(jīng)啟動(dòng)了‘核高基’等國(guó)家重大專項(xiàng)的重點(diǎn)攻關(guān)，國(guó)防科技大學(xué)是積極的參與者和核心研制隊(duì)伍之一,�,！崩铋f(shuō)，“我們有能力也有信心,，與國(guó)內(nèi)同行一起拼搏,，不斷縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，盡快趕上并超過(guò)他們,�,！�
【延伸閱讀】
“天河一號(hào)”研制過(guò)程
“天河一號(hào)”是在國(guó)家863計(jì)劃重大項(xiàng)目“千萬(wàn)億次高效能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”和天津市濱海新區(qū)的支持下，由國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制,。研制工作從2005年起步,，按兩期工程實(shí)施。一期系統(tǒng)于2009年9月研制成功,，峰值速度為每秒1206萬(wàn)億次雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算（TFlops）,，持續(xù)速度為563.1TFlops（LINPACK實(shí)測(cè)值），是我國(guó)首臺(tái)千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng),，參加2009年11月世界超級(jí)計(jì)算機(jī)TOP 500排名,，位列亞洲第一,、世界第五。二期系統(tǒng)于2010年8月在國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心升級(jí)完成,，實(shí)現(xiàn)了從亞洲第一向世界第一的重大跨越,，取得了我國(guó)自主研制超級(jí)計(jì)算機(jī)綜合技術(shù)水平進(jìn)入世界領(lǐng)先行列的歷史性突破。
2010年11月全球超級(jí)計(jì)算機(jī)前十位（運(yùn)算速度為持續(xù)速度）
1 中國(guó)天河一號(hào)（TH—1A）,，每秒2566萬(wàn)億次
2 美國(guó)Cray Jaguar,， 每秒1759萬(wàn)億次
3 中國(guó)曙光星云，每秒1271萬(wàn)億次
4 日本NEC/HP TSUBAME,，每秒1192萬(wàn)億次
5 美國(guó)Cray Hopper,，每秒1054萬(wàn)億次
6 法國(guó)BULL Tera—100，每秒1050萬(wàn)億次
7 美國(guó)IBM Roadrunner,，每秒1042萬(wàn)億次
8 美國(guó)Cray KrakenXT5,，每秒831.7萬(wàn)億次
9 美國(guó)IBM JUGENE，每秒825.5萬(wàn)億次
10 美國(guó)Cray CieloXE6,，每秒816.6萬(wàn)億次
超級(jí)計(jì)算機(jī)
是指“當(dāng)前時(shí)代運(yùn)算速度最快的大容量大型計(jì)算機(jī)”,。超級(jí)計(jì)算機(jī)的界定具有顯著的時(shí)代特征，與當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展水平緊密相關(guān),。以峰值速度指標(biāo)為例,，2000年前后，每秒萬(wàn)億,、十萬(wàn)億次雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算是超級(jí)計(jì)算機(jī)的標(biāo)志,，而在2009年前后，百萬(wàn)億次以上已成為超級(jí)計(jì)算機(jī)的新標(biāo)志,。當(dāng)前,，千萬(wàn)億次已成為超級(jí)計(jì)算機(jī)的新高峰。
超級(jí)計(jì)算中心
目前世界上具有千萬(wàn)億次計(jì)算能力的超級(jí)計(jì)算中心和國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)室共有6家,，其中美國(guó)3家（橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室,、美國(guó)能源研究科學(xué)計(jì)算中心、洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室）,、中國(guó)1家（國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心）,、日本1家（東京技術(shù)研究所）、法國(guó)1家（法國(guó)原子能委員會(huì)）,、德國(guó)1家（歐盟尤利西研究中心）,。（記者 趙永新）
