天河二號超級計算機

天河二號超級計算機由國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制的超級計算機系統(tǒng)01研究歷程技術(shù)參數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域組成結(jié)構(gòu)性能特點前景展望目錄030502040607所獲榮譽社會評價存在問題世界紀(jì)錄目錄0908010基本信息“天河二號”是由國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制的超級計算機系統(tǒng)，以峰值計算速度每秒5.49×1016次、持續(xù)計算速度每秒3.39×1016次雙精度浮點運算的優(yōu)異性能位居榜首，成為2013年全球最快超級計算機。2014年11月17日公布的全球超級計算機500強榜單中，中國“天河二號”以比第二名美國“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”上成功進行了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137億年的漫長演化進程。同時這是當(dāng)時（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”超級計算機連續(xù)六年在全球超級計算機500強榜單中以每秒3.386×1016次計算稱雄。2016年6月20日，新一期全球超級計算機500強榜單公布，使用中國自主芯片制造的“神威·太湖之光”取代“天河二號”登上榜首。2018年11月12日，新一期全球超級計算機500強榜單在美國達(dá)拉斯發(fā)布，中國超算“天河二號”位列第四名。2019年11月18日，全球超級計算機500強榜單發(fā)布，中國超算“天河二號”排名第四位。2022年上半年的榜單，中國的天河二號位列前十。研究歷程研究歷程“天河二號”超級計算機與操作人員2009年，中國首臺千萬億次計算機“天河一號”研制成功，運行“核高基”專項支持研制的銀河麒麟操作系統(tǒng)，名列當(dāng)年的國際超級計算機TOP500排行榜世界第五位、亞洲第一位的排名，并使中國成為繼美國之后世界上第二個能夠研制千兆次超級計算機的國家。2010年時，我國研制的首臺千兆次超級計算機“天河一號”曾在全球TOP500超級大型計算機排行榜中排名第一，但在2011年時被日本最新研發(fā)的超級計算機“京”超越了。到了2012年，美國的“泰坦”又超越了日本的“京”?！疤旌佣枴庇?80人歷時兩年多研制完成，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，它將在廣州超級計算中心投入運行，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日天河一號排名世界第一到2013年6月17日天河二號再登世界超算之巔，從天河一號4.7千兆次到天河二號5.49×1016次，從超級計算機由千兆(10×1015)次級邁入萬兆(10×1016)次級計算速度，這是國防科技大學(xué)天河團隊再次創(chuàng)造的“中國速度”。組成結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)天河2號由16000個節(jié)點組成，每個節(jié)點有2顆基于IvyBridge-EXeonE52692處理器和3個XeonPhi,累計共有32000顆IvyBridge處理器和48000個XeonPhi,總計有312萬個計算核心。天河二號每個XeonPhi使用其中的57個核心，而不是使用全部的61個，因為使用61個在運算周期協(xié)調(diào)方面會有問題，而使用57個核心能夠加速4個執(zhí)行線程，并且在每個線程單周期可以達(dá)成4Gflops的運算量，運行在1.1GHz的XeonPhi可以生產(chǎn)1.003Tflops的雙精度運算能力。如果考慮CPU,2IvyBridge*0.2112Tflop/s+3XeonPhi*1.003Tflop/s=3.431Tflops,2個IvyBridge+9個XeonPhi單個節(jié)點可以有3.431Tflops運算能力，16000個節(jié)點總計可達(dá)54.9PFlops性能。每個運算節(jié)點有256GB主存、而每個XeonPhi板載8GB內(nèi)存，因此每個節(jié)點共有88GB內(nèi)存，總計16000個節(jié)點一共有1.404PB內(nèi)存，而外部存儲器容量方面更是高達(dá)12.4PB.在每個主板上有2個計算節(jié)點，而每個框架則有16個主板，4個框架組成一個機柜，整個系統(tǒng)由125個機柜組成。每個計算節(jié)點主板分為兩塊，一塊CPU一塊APU,CPU上有4核IvyBridge、內(nèi)存和一個XeonPhi協(xié)處理器,而APU基板上則承載著5個XeonPhi協(xié)處理器.CPU和APU之間有5個水平插入的鏈接口，由IvyBridge內(nèi)置的PCI-E2.0進行連接，雖然IvyBridge內(nèi)置為PCIExpress3.0接口，但XeonPhi僅支持2.0,單個通路為10Gbps帶寬。計算節(jié)點的前端處理器為4096個FT-1500處理器，F(xiàn)T-1500處理器是由國防科技大學(xué)為天河1研發(fā)，其可以說是天河1項目的最大收獲，其為16核心的SparcV9架構(gòu)處理器，在40nm工藝情況下運行頻率為1.技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)天河二號型號為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個大型路由器通過576個連接端口以光電傳輸介質(zhì)與各個運算節(jié)點互聯(lián)，控制器名為NRC，使用90納米制程，單個控制器的數(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運行在256個高性能節(jié)點上，而且在接下來的數(shù)月將會增長至超過6400個節(jié)點。性能特點性能特點天河二號是當(dāng)今世界上運算速度第二快的超級計算機，綜合技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平。它有五大特點：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。2013年6月，天河二號以峰值速度（Rpeak）每秒54,902.4TFLOPS（萬億次浮點運算）、持續(xù)速度（Rmax）33,862.7TFLOPS，超越泰坦超級計算機（Rpeak27,112.5TFLOPS，Rmax17,590.0TFLOPS），成為當(dāng)今世界上最快的超級計算機。這個成績于2013年6月17日提交至TOP500。實際上，在早前的運行測試中，僅使用16,000個運算節(jié)點中的90%，亦即14,336個節(jié)點，LINPACK運算速度就達(dá)到30.65PFLOPS的性能水準(zhǔn)，超過前任“泰坦”的74%。國際TOP500組織2013年11月18日公布了最新全球超級計算機500強排行榜榜單，“天河二號”以比第二名美國的“泰坦”快近2倍的速度登上榜首。同樣在2013年6月，天河二號以2,061GTEPS的成績在Graph500上排名第六。Graph500是一個對超級電腦的數(shù)據(jù)密集型運算處理性能進行的一個排行榜，在此榜單上排位第一的是IBM紅杉，成績是15,363GTEPS?！疤旌佣枴钡南到y(tǒng)存儲總?cè)萘肯喈?dāng)于600億冊每冊10萬字的圖書。假設(shè)每人每秒鐘進行一次運算，“天河二號”運算一小時，相當(dāng)于13億人同時用計算器算上1000年。應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域天河二號(7張)天河二號已應(yīng)用于生物醫(yī)藥、新材料、工程設(shè)計與仿真分析、天氣預(yù)報、智慧城市、電子商務(wù)、云計算與大數(shù)據(jù)、數(shù)字媒體和動漫設(shè)計等多個領(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)濟社會轉(zhuǎn)型升級提供重要支撐。

天河二號逐步在生命科學(xué)、材料科學(xué)、大氣科學(xué)、地球物理、宇宙、經(jīng)濟學(xué)，以及大型基因組組裝、基因測序、污染治理等一系列事關(guān)國計民生的大科學(xué)、大工程中“大顯身手”。此外，國家超算廣州中心積極推動國際交流與合作，利用天河二號為國外研究機構(gòu)提供高性能計算服務(wù)。據(jù)悉，科技部近年不斷加大對超算應(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“十三五”期間投入將進一步加大。根據(jù)該專項“面向大規(guī)?？茖W(xué)計算的高性能多核CPU”課題計劃安排，2011年中國將采用FT-1500CPU構(gòu)建全自主國產(chǎn)千萬億次計算機——“天河二號”。借助天河二號的“計算神功”，國產(chǎn)C919大型客機開展了高精度外流場氣動計算；中科院上海藥物研究所開展了75萬個小分子化合物的結(jié)合親和力評估，完成了600多個各類藥物的體內(nèi)外活性測試評價。前景展望前景展望目標(biāo)是到2020年，形成中國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移動通信網(wǎng)絡(luò)的智能手機嵌入式軟件平臺以及3G應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化運行平臺的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，"核高基"專項安排了"智能手機嵌入式軟件平臺研發(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)取得較大進展?！?/p>

所獲榮譽所獲榮譽2010年，中國國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制的“天河一號”曾在第三十六屆超級計算機TOP500榜單上名列第一，2011年時排名第二，2012年排名已下降至第五，我“天河二號”又重返冠軍領(lǐng)獎臺。

2013年，在德國萊比錫舉辦的2013年度全球超級計算機技術(shù)大會，負(fù)責(zé)調(diào)查有關(guān)全球各國研發(fā)大型超級計算機排行情況的國際大型超級計算機TOP500組織，公布了最新全球超級計算機TOP500強排行榜榜單；在本次大會上由中國政府國家科技部與中國國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)共同研制的名為“天河二號（”又稱銀河2號）的大型超級計算機以每秒3.386×1016次的浮點運算速度成為全球最快的超級計算機。2014年6月，由國防科技大學(xué)研制并落戶國家超級計算廣州中心的天河二號超級計算機，23日再次榮登全球超級計算機500強排行榜榜首，獲得世界超算“三連冠”。天河二號超級計算機是國防科技大學(xué)承擔(dān)的國家“863”計劃和“核高基”國家科技重大專項項目。2014年11月，在美國新奧爾良市召開的世界超級計算機大會上，天河二號在國際TOP500組織首次正式發(fā)布的超級計算機高性能測試排行榜上位居世界第一。此前，由該組織發(fā)布的第44屆世界超級計算機500強排行榜中，天河二號以峰值計算速度達(dá)每秒5.49×1016次、持續(xù)計算速度達(dá)每秒3.39×1016次位居榜首，獲得“四連冠”。2015年7月13日，國際TOP500組織在德國舉行了2015年國際超級計算機大會，并在大會上發(fā)布全球超級計算機500強最新榜單，中國“天河二號”以每秒3.386×1016次的浮點運算速度第五次蟬聯(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的實用性、效率難令人滿意。，2014年6月公布的世界超算500強天河二號計算效率為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計算機以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，美國商務(wù)部發(fā)布報告，決定拒絕英特爾公司向中國的國家超級計算廣州中心出售至強芯片用于天河二號系統(tǒng)升級的申請。國家超級計算長沙中心、廣州中心、天津中心和國防科技大學(xué)四家國家超算中心被列入出口管制名單。

社會評價社會評價電機電子工程師學(xué)會認(rèn)為天河二號的落成以及重登TOP500第一“標(biāo)志著中國堅定承諾將在超級電腦領(lǐng)域發(fā)起一