世界上運(yùn)算速度最快的計(jì)算機(jī)是天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)。“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5.49億億次、持續(xù)計(jì)算速度每秒3.39億億次雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算的優(yōu)異性能位居榜首，成為全球最快超級(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3萬(wàn)億粒子數(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(wàn)年之后至今約137億年的漫長(zhǎng)演化進(jìn)程。同時(shí)這是迄今為止世界上粒子數(shù)最多的N體數(shù)值模擬。下面就跟360常識(shí)網(wǎng)一起具體看看世界上運(yùn)算速度最快的計(jì)算機(jī)等相關(guān)內(nèi)容。
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Ivy Bridge-E Xeon E5 2692處理器和3個(gè)Xeon Phi,累計(jì)共有32000顆Ivy Bridge處理器和48000個(gè)Xeon Phi,總計(jì)有312萬(wàn)個(gè)計(jì)算核心。
每個(gè)Xeon Phi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(wèn)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Xeon Phi可以生產(chǎn)1.003 Tflops的雙精度運(yùn)算能力。如果考慮CPU,2 Ivy Bridge*0.2112 Tflop/s+3 Xeon Phi*1.003 Tflop/s=3.431 Tflops,2個(gè)Ivy Bridge+9個(gè)Xeon Phi單個(gè)節(jié)點(diǎn)可以有3.431 Tflops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)Xeon Phi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1.404 PB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Ivy Bridge、內(nèi)存和一個(gè)Xeon Phi協(xié)處理器,而APU基板上則承載著5個(gè)Xeon Phi協(xié)處理器.CPU和APU之間有5個(gè)水平插入的鏈接口，由Ivy Bridge內(nèi)置的PCI-E 2.0進(jìn)行連接，雖然Ivy Bridge內(nèi)置為PCI Express 3.0接口，但Xeon Phi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(shuō)是天河1項(xiàng)目的最大收獲，其為16核心的Sparc V9架構(gòu)處理器，在40nm工藝情況下運(yùn)行頻率為1.8Ghz,峰值性能為144 Gflops/s,功耗為65W,但相比英特爾22nm 12核2.2GHz 211Gflops/s性能的Ivy Bridge還是有明顯差距。
天河2互聯(lián)方面采用自主研發(fā)的Express-2內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，其為有13個(gè)交換機(jī)，而每個(gè)交換機(jī)有576個(gè)端口。連接介質(zhì)為光電混合。具體控制器是名為NRC的ASIC專(zhuān)用目的集成電路，其采用90nm工藝，封裝尺寸為17.16x17.16 mm,共有2577引腳。單個(gè)NRC的吞吐能力為2.56Tbps.而在終端方面網(wǎng)絡(luò)接口也采用類(lèi)似結(jié)構(gòu)的NIC,但規(guī)模稍小，為10.76x10.76 mm,675 pin,其采用PCIE 2.0方式連接，傳輸速率為6.36GB/s.并且在在12000節(jié)點(diǎn)的情況下延遲也很低，僅為85us.
而在計(jì)算能力方面，使用14336個(gè)節(jié)點(diǎn)總計(jì)50GB內(nèi)存進(jìn)行LINPACK測(cè)試，理論性能為49.19Pflops,而實(shí)際測(cè)試性能為30.65Pflops,效率為62.3%.這個(gè)效率并不算高，還有很大優(yōu)化提升潛力。當(dāng)然也可能是被Xeon phi僅支持PCI Express 2.0帶寬不足限制。
上面測(cè)試使用了16000個(gè)節(jié)點(diǎn)中的14336個(gè)，運(yùn)用了90%的規(guī)模，基本可以代表天河2的整體性能表現(xiàn)。天河2的性能部件（處理器、內(nèi)存、互聯(lián)）整體功耗為17.6MW,而整體的運(yùn)算能力為30.65PFlops,這樣計(jì)算每瓦的性能為1.935Gflops,這個(gè)性能/功耗比可以排在超算TOP500的前五，其整體性能/功耗比十分出色。
系統(tǒng)的整體功耗為17.6 MW,并且這個(gè)功耗還不包括水冷這樣的散熱系統(tǒng)，如果考慮上整體功耗將高達(dá)24MW,廣州國(guó)家超算中心將采用城市供水系統(tǒng)構(gòu)建高散熱效能的冷卻系統(tǒng)，有能力可以提供80KW系統(tǒng)的散熱能力。
天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由170個(gè)機(jī)柜組成，包括125個(gè)計(jì)算機(jī)柜、8個(gè)服務(wù)機(jī)柜、13個(gè)通信機(jī)柜和24個(gè)存儲(chǔ)機(jī)柜，占地面積720平方米，內(nèi)存總?cè)萘?400萬(wàn)億字節(jié)，存儲(chǔ)總?cè)萘?2400萬(wàn)億字節(jié)，最大運(yùn)行功耗17.8兆瓦。天河二號(hào)運(yùn)算1小時(shí)，相當(dāng)于13億人同時(shí)用計(jì)算器計(jì)算一千年，其存儲(chǔ)總?cè)萘肯喈?dāng)于存儲(chǔ)每?jī)?cè)10萬(wàn)字的圖書(shū)600億冊(cè)。相比此前排名世界第一的美國(guó)“泰坦”超級(jí)計(jì)算機(jī)，天河二號(hào)計(jì)算速度是“泰坦”的2倍，計(jì)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(hào)相比，二者占地面積相當(dāng)，天河二號(hào)計(jì)算性能和計(jì)算密度均提升了10倍以上，能效比提升了2倍，執(zhí)行相同計(jì)算任務(wù)的耗電量只有天河一號(hào)的三分之一。
技術(shù)參數(shù)
型號(hào)
天河二號(hào)型號(hào)為T(mén)H-IVB-FEP
處理器
16,000個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)，每節(jié)點(diǎn)配備兩顆Xeon E5 12核心的中央處理器、三個(gè)Xeon Phi 57核心的協(xié)處理器（運(yùn)算加速卡）。累計(jì)32,000顆Xeon E5主處理器和48,000個(gè)Xeon Phi協(xié)處理器，共312萬(wàn)個(gè)計(jì)算核心。
中央處理器為英特爾提供的，運(yùn)作時(shí)鐘頻率為2.2GHz的Xeon E5-2692 V212核心處理器，基于英特爾Ivy Bridge微架構(gòu)（Ivy Bridge-EX核心），采用22納米制程，峰值性能0.2112TFLOPS。
運(yùn)算加速上，使用基于英特爾集成眾核架構(gòu)的Xeon Phi 31S1P協(xié)處理器，運(yùn)行時(shí)鐘為1.1GHz，每個(gè)使用61個(gè)核心中的57個(gè)（因?yàn)槭褂?1個(gè)會(huì)存在運(yùn)算周期協(xié)調(diào)問(wèn)題），每核心籍由特殊的超線程技術(shù)能運(yùn)作4個(gè)線程，產(chǎn)生峰值性能為1.003TFLOPS。
前端處理器
計(jì)算節(jié)點(diǎn)前端處理器為4096顆FT-1500 16核心SPARC V9架構(gòu)的處理器，40納米制程，運(yùn)作時(shí)鐘頻率1.8GHz，熱設(shè)計(jì)功耗65瓦，峰值性能144GFLOPS。
存儲(chǔ)
內(nèi)存
每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有64GB主存，而每個(gè)Xeon Phi協(xié)處理器板載8GB內(nèi)存，故每節(jié)點(diǎn)共88GB內(nèi)存，整體總計(jì)內(nèi)存1.408PB。
外存
12.4PB容量的硬盤(pán)陣列
主架
主板、機(jī)架與機(jī)柜均由浪潮集團(tuán)制造，共有125個(gè)機(jī)柜，每個(gè)機(jī)柜容納4個(gè)機(jī)架，每個(gè)機(jī)架容納16塊主板，每個(gè)主板設(shè)置有兩個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)。每個(gè)機(jī)柜還裝有負(fù)載指示燈，根據(jù)機(jī)柜內(nèi)主機(jī)的運(yùn)算負(fù)載變更發(fā)光二極管的發(fā)光顏色。
每塊主板上分為APU模塊和CPM模塊兩部分，APU部分承載5塊Xeon Phi，CPM部分承載1塊Xeon Phi+4顆Xeon E5。
APU模塊和CPM模塊之間以CPU內(nèi)部提供的PCI-E 3.0 16x接口進(jìn)行連接，但實(shí)際由于Xeon Phi的硬件限制，僅支持至PCI-E 2.0 16x，單通道數(shù)據(jù)傳輸速率為10Gbps。
連接
使用光電混合傳輸技術(shù)（Optoelectronics Hybrid Transport Technology），使用自制的TH Express-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(guò)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-E 2.0接口鏈接，數(shù)據(jù)傳送速率6.36GB/s。
操作系統(tǒng)
麒麟操作系統(tǒng)、基于SLURM（Simple Linux Utility for Resource Management，資源管理用單一Linux公用程序）的全局資源管理。
Ubuntu Linux。（Ubuntu OpenStack運(yùn)行在256個(gè)高性能節(jié)點(diǎn)上，而且在接下來(lái)的數(shù)月將會(huì)增長(zhǎng)至超過(guò)6400個(gè)節(jié)點(diǎn)。OpenStack和Ubuntu的編制工具Juju都將運(yùn)行在天河二號(hào)上，使國(guó)防科技大學(xué)的合作伙伴和聯(lián)盟機(jī)構(gòu)能夠快速部署和管理高性能云環(huán)境）
能耗
整機(jī)功耗17,808千瓦，在搭載水冷散熱系統(tǒng)以后，功耗將達(dá)到24兆瓦，無(wú)論水冷系統(tǒng)的搭載與否，都是目前TOP500里功耗最大的。天河二號(hào)電費(fèi)每年達(dá)1億人民幣。
以6月17日公布的數(shù)據(jù)推算，每瓦性能為1.901GFLOPS，仍不及泰坦的每瓦2.143GFLOPS和IBM紅杉每瓦2.177GFLOPS的成績(jī)，但比"京"的每瓦0.830GFLOPS每和天河一號(hào)每瓦僅0.668GFLOPS都要高不少。
主要特點(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。
主要性能
2013年6月，天河二號(hào)以峰值速度（Rpeak）每秒54,902.4TFLOPS（萬(wàn)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)（Rpeak 27,112.5TFLOPS，Rmax 17,590.0TFLOPS），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(guò)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。
“天河二號(hào)”的系統(tǒng)存儲(chǔ)總?cè)萘肯喈?dāng)于600億冊(cè)每?jī)?cè)10萬(wàn)字的圖書(shū)。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
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。“十二五”以來(lái)的相關(guān)研發(fā)投入已超過(guò)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(zhuān)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(wàn)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(kāi)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(kāi)展了75萬(wàn)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(lèi)藥物的體內(nèi)外活性測(cè)試評(píng)價(jià)。天河二號(hào)適配了廣州市電子政務(wù)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和云盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)等，為智慧城市建設(shè)搭建高效可靠的承載平臺(tái)……
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