天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)

天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)由國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)01研究歷程技術(shù)參數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域組成結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)前景展望目錄030502040607所獲榮譽(yù)社會(huì)評(píng)價(jià)存在問題世界紀(jì)錄目錄0908010基本信息“天河二號(hào)”是由國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以峰值計(jì)算速度每秒5.49×1016次、持續(xù)計(jì)算速度每秒3.39×1016次雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算的優(yōu)異性能位居榜首，成為2013年全球最快超級(jí)計(jì)算機(jī)。2014年11月17日公布的全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單中，中國(guó)“天河二號(hào)”以比第二名美國(guó)“泰坦”快近一倍的速度連續(xù)第四次獲得冠軍。2015年5月，“天河二號(hào)”上成功進(jìn)行了3兆粒子數(shù)中微子和暗物質(zhì)的宇宙學(xué)N體數(shù)值模擬，揭示了宇宙大爆炸1600萬年之后約137億年的漫長(zhǎng)演化進(jìn)程。同時(shí)這是當(dāng)時(shí)（至2015年）為止世界上粒子數(shù)最多的N體模擬；2010-2015年，“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)連續(xù)六年在全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單中以每秒3.386×1016次計(jì)算稱雄。2016年6月20日，新一期全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單公布，使用中國(guó)自主芯片制造的“神威·太湖之光”取代“天河二號(hào)”登上榜首。2018年11月12日，新一期全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單在美國(guó)達(dá)拉斯發(fā)布，中國(guó)超算“天河二號(hào)”位列第四名。2019年11月18日，全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單發(fā)布，中國(guó)超算“天河二號(hào)”排名第四位。2022年上半年的榜單，中國(guó)的天河二號(hào)位列前十。研究歷程研究歷程“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)與操作人員2009年，中國(guó)首臺(tái)千萬億次計(jì)算機(jī)“天河一號(hào)”研制成功，運(yùn)行“核高基”專項(xiàng)支持研制的銀河麒麟操作系統(tǒng)，名列當(dāng)年的國(guó)際超級(jí)計(jì)算機(jī)TOP500排行榜世界第五位、亞洲第一位的排名，并使中國(guó)成為繼美國(guó)之后世界上第二個(gè)能夠研制千兆次超級(jí)計(jì)算機(jī)的國(guó)家。2010年時(shí)，我國(guó)研制的首臺(tái)千兆次超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河一號(hào)”曾在全球TOP500超級(jí)大型計(jì)算機(jī)排行榜中排名第一，但在2011年時(shí)被日本最新研發(fā)的超級(jí)計(jì)算機(jī)“京”超越了。到了2012年，美國(guó)的“泰坦”又超越了日本的“京”?！疤旌佣?hào)”由280人歷時(shí)兩年多研制完成，耗資約1億美元。研發(fā)耗資約1億美元，由國(guó)家科技部、廣東省人民政府、廣州市人民政府共同出資建設(shè)。2013年下半年，它將在廣州超級(jí)計(jì)算中心投入運(yùn)行，其先導(dǎo)系統(tǒng)已開始為生物醫(yī)藥、新材料等領(lǐng)域用戶提供服務(wù)。從2010年11月14日天河一號(hào)排名世界第一到2013年6月17日天河二號(hào)再登世界超算之巔，從天河一號(hào)4.7千兆次到天河二號(hào)5.49×1016次，從超級(jí)計(jì)算機(jī)由千兆(10×1015)次級(jí)邁入萬兆(10×1016)次級(jí)計(jì)算速度，這是國(guó)防科技大學(xué)天河團(tuán)隊(duì)再次創(chuàng)造的“中國(guó)速度”。組成結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)天河2號(hào)由16000個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有2顆基于IvyBridge-EXeonE52692處理器和3個(gè)XeonPhi,累計(jì)共有32000顆IvyBridge處理器和48000個(gè)XeonPhi,總計(jì)有312萬個(gè)計(jì)算核心。天河二號(hào)每個(gè)XeonPhi使用其中的57個(gè)核心，而不是使用全部的61個(gè)，因?yàn)槭褂?1個(gè)在運(yùn)算周期協(xié)調(diào)方面會(huì)有問題，而使用57個(gè)核心能夠加速4個(gè)執(zhí)行線程，并且在每個(gè)線程單周期可以達(dá)成4Gflops的運(yùn)算量，運(yùn)行在1.1GHz的XeonPhi可以生產(chǎn)1.003Tflops的雙精度運(yùn)算能力。如果考慮CPU,2IvyBridge*0.2112Tflop/s+3XeonPhi*1.003Tflop/s=3.431Tflops,2個(gè)IvyBridge+9個(gè)XeonPhi單個(gè)節(jié)點(diǎn)可以有3.431Tflops運(yùn)算能力，16000個(gè)節(jié)點(diǎn)總計(jì)可達(dá)54.9PFlops性能。每個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)有256GB主存、而每個(gè)XeonPhi板載8GB內(nèi)存，因此每個(gè)節(jié)點(diǎn)共有88GB內(nèi)存，總計(jì)16000個(gè)節(jié)點(diǎn)一共有1.404PB內(nèi)存，而外部存儲(chǔ)器容量方面更是高達(dá)12.4PB.在每個(gè)主板上有2個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，而每個(gè)框架則有16個(gè)主板，4個(gè)框架組成一個(gè)機(jī)柜，整個(gè)系統(tǒng)由125個(gè)機(jī)柜組成。每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)主板分為兩塊，一塊CPU一塊APU,CPU上有4核IvyBridge、內(nèi)存和一個(gè)XeonPhi協(xié)處理器,而APU基板上則承載著5個(gè)XeonPhi協(xié)處理器.CPU和APU之間有5個(gè)水平插入的鏈接口，由IvyBridge內(nèi)置的PCI-E2.0進(jìn)行連接，雖然IvyBridge內(nèi)置為PCIExpress3.0接口，但XeonPhi僅支持2.0,單個(gè)通路為10Gbps帶寬。計(jì)算節(jié)點(diǎn)的前端處理器為4096個(gè)FT-1500處理器，F(xiàn)T-1500處理器是由國(guó)防科技大學(xué)為天河1研發(fā)，其可以說是天河1項(xiàng)目的最大收獲，其為16核心的SparcV9架構(gòu)處理器，在40nm工藝情況下運(yùn)行頻率為1.技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)天河二號(hào)型號(hào)為TH-IVB-FEP使用光電混合傳輸技術(shù)（OptoelectronicsHybridTransportTechnology），使用自制的THExpress-2主干拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)連接，以13個(gè)大型路由器通過576個(gè)連接端口以光電傳輸介質(zhì)與各個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)互聯(lián)，控制器名為NRC，使用90納米制程，單個(gè)控制器的數(shù)據(jù)吞吐量2.56Tbps，終端網(wǎng)絡(luò)接口使用名為NIC的控制器，以PCI-E2.0接口鏈接，數(shù)據(jù)傳送速率6.36GB/s。麒麟操作系統(tǒng)、基于SLURM（SimpleLinuxUtilityforResourceManagement，資源管理用單一Linux公用程序）的全局資源管理。UbuntuLinux。（UbuntuOpenStack運(yùn)行在256個(gè)高性能節(jié)點(diǎn)上，而且在接下來的數(shù)月將會(huì)增長(zhǎng)至超過6400個(gè)節(jié)點(diǎn)。性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)天河二號(hào)是當(dāng)今世界上運(yùn)算速度第二快的超級(jí)計(jì)算機(jī)，綜合技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。它有五大特點(diǎn)：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(jì)算，兼顧了云計(jì)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(jià)比高。2013年6月，天河二號(hào)以峰值速度（Rpeak）每秒54,902.4TFLOPS（萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算）、持續(xù)速度（Rmax）33,862.7TFLOPS，超越泰坦超級(jí)計(jì)算機(jī)（Rpeak27,112.5TFLOPS，Rmax17,590.0TFLOPS），成為當(dāng)今世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)。這個(gè)成績(jī)于2013年6月17日提交至TOP500。實(shí)際上，在早前的運(yùn)行測(cè)試中，僅使用16,000個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)中的90%，亦即14,336個(gè)節(jié)點(diǎn)，LINPACK運(yùn)算速度就達(dá)到30.65PFLOPS的性能水準(zhǔn)，超過前任“泰坦”的74%。國(guó)際TOP500組織2013年11月18日公布了最新全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜榜單，“天河二號(hào)”以比第二名美國(guó)的“泰坦”快近2倍的速度登上榜首。同樣在2013年6月，天河二號(hào)以2,061GTEPS的成績(jī)?cè)贕raph500上排名第六。Graph500是一個(gè)對(duì)超級(jí)電腦的數(shù)據(jù)密集型運(yùn)算處理性能進(jìn)行的一個(gè)排行榜，在此榜單上排位第一的是IBM紅杉，成績(jī)是15,363GTEPS?！疤旌佣?hào)”的系統(tǒng)存儲(chǔ)總?cè)萘肯喈?dāng)于600億冊(cè)每?jī)?cè)10萬字的圖書。假設(shè)每人每秒鐘進(jìn)行一次運(yùn)算，“天河二號(hào)”運(yùn)算一小時(shí)，相當(dāng)于13億人同時(shí)用計(jì)算器算上1000年。應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域天河二號(hào)(7張)天河二號(hào)已應(yīng)用于生物醫(yī)藥、新材料、工程設(shè)計(jì)與仿真分析、天氣預(yù)報(bào)、智慧城市、電子商務(wù)、云計(jì)算與大數(shù)據(jù)、數(shù)字媒體和動(dòng)漫設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域，還將廣泛應(yīng)用于大科學(xué)、大工程、信息化等領(lǐng)域，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供重要支撐。

天河二號(hào)逐步在生命科學(xué)、材料科學(xué)、大氣科學(xué)、地球物理、宇宙、經(jīng)濟(jì)學(xué)，以及大型基因組組裝、基因測(cè)序、污染治理等一系列事關(guān)國(guó)計(jì)民生的大科學(xué)、大工程中“大顯身手”。此外，國(guó)家超算廣州中心積極推動(dòng)國(guó)際交流與合作，利用天河二號(hào)為國(guó)外研究機(jī)構(gòu)提供高性能計(jì)算服務(wù)。據(jù)悉，科技部近年不斷加大對(duì)超算應(yīng)用軟件研發(fā)的投入?！笆濉币詠淼南嚓P(guān)研發(fā)投入已超過2億元。預(yù)計(jì)“十三五”期間投入將進(jìn)一步加大。根據(jù)該專項(xiàng)“面向大規(guī)模科學(xué)計(jì)算的高性能多核CPU”課題計(jì)劃安排，2011年中國(guó)將采用FT-1500CPU構(gòu)建全自主國(guó)產(chǎn)千萬億次計(jì)算機(jī)——“天河二號(hào)”。借助天河二號(hào)的“計(jì)算神功”，國(guó)產(chǎn)C919大型客機(jī)開展了高精度外流場(chǎng)氣動(dòng)計(jì)算；中科院上海藥物研究所開展了75萬個(gè)小分子化合物的結(jié)合親和力評(píng)估，完成了600多個(gè)各類藥物的體內(nèi)外活性測(cè)試評(píng)價(jià)。前景展望前景展望目標(biāo)是到2020年，形成中國(guó)高端通用芯片和基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品的自主研發(fā)與產(chǎn)業(yè)體系。面向3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的智能手機(jī)嵌入式軟件平臺(tái)以及3G應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行平臺(tái)的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，"核高基"專項(xiàng)安排了"智能手機(jī)嵌入式軟件平臺(tái)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化"和"面向新型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式的網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)"課題，已經(jīng)取得較大進(jìn)展?！?/p>

所獲榮譽(yù)所獲榮譽(yù)2010年，中國(guó)國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制的“天河一號(hào)”曾在第三十六屆超級(jí)計(jì)算機(jī)TOP500榜單上名列第一，2011年時(shí)排名第二，2012年排名已下降至第五，我“天河二號(hào)”又重返冠軍領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)。

2013年，在德國(guó)萊比錫舉辦的2013年度全球超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)大會(huì)，負(fù)責(zé)調(diào)查有關(guān)全球各國(guó)研發(fā)大型超級(jí)計(jì)算機(jī)排行情況的國(guó)際大型超級(jí)計(jì)算機(jī)TOP500組織，公布了最新全球超級(jí)計(jì)算機(jī)TOP500強(qiáng)排行榜榜單；在本次大會(huì)上由中國(guó)政府國(guó)家科技部與中國(guó)國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)共同研制的名為“天河二號(hào)（”又稱銀河2號(hào)）的大型超級(jí)計(jì)算機(jī)以每秒3.386×1016次的浮點(diǎn)運(yùn)算速度成為全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)。2014年6月，由國(guó)防科技大學(xué)研制并落戶國(guó)家超級(jí)計(jì)算廣州中心的天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)，23日再次榮登全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜榜首，獲得世界超算“三連冠”。天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)是國(guó)防科技大學(xué)承擔(dān)的國(guó)家“863”計(jì)劃和“核高基”國(guó)家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目。2014年11月，在美國(guó)新奧爾良市召開的世界超級(jí)計(jì)算機(jī)大會(huì)上，天河二號(hào)在國(guó)際TOP500組織首次正式發(fā)布的超級(jí)計(jì)算機(jī)高性能測(cè)試排行榜上位居世界第一。此前，由該組織發(fā)布的第44屆世界超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜中，天河二號(hào)以峰值計(jì)算速度達(dá)每秒5.49×1016次、持續(xù)計(jì)算速度達(dá)每秒3.39×1016次位居榜首，獲得“四連冠”。2015年7月13日，國(guó)際TOP500組織在德國(guó)舉行了2015年國(guó)際超級(jí)計(jì)算機(jī)大會(huì)，并在大會(huì)上發(fā)布全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)最新榜單，中國(guó)“天河二號(hào)”以每秒3.386×1016次的浮點(diǎn)運(yùn)算速度第五次蟬聯(lián)冠軍，獲得“五連冠”。存在問題存在問題速度第一效率落后天河二號(hào)的實(shí)用性、效率難令人滿意。，2014年6月公布的世界超算500強(qiáng)天河二號(hào)計(jì)算效率為61.7%，效率排名第一的IBMnx360M4效率高達(dá)99.8%，速度排名第四的日本k計(jì)算機(jī)以93.2%效率排名效率第十八。

高性能處理器缺少2015年4月9日，美國(guó)商務(wù)部發(fā)布報(bào)告，決定拒絕英特爾公司向中國(guó)的國(guó)家超級(jí)計(jì)算廣州中心出售至強(qiáng)芯片用于天河二號(hào)系統(tǒng)升級(jí)的申請(qǐng)。國(guó)家超級(jí)計(jì)算長(zhǎng)沙中心、廣州中心、天津中心和國(guó)防科技大學(xué)四家國(guó)家超算中心被列入出口管制名單。

社會(huì)評(píng)價(jià)社會(huì)評(píng)價(jià)電機(jī)電子工程師學(xué)會(huì)認(rèn)為天河二號(hào)的落成以及重登TOP500第一“標(biāo)志著中國(guó)堅(jiān)定承諾將在超級(jí)電腦領(lǐng)域發(fā)起一