中国，宇宙无敌~~~~

    
　　中国首台千万亿次超级计算机“天河一号”诞生之际，计算机专家对这台全方位的结构、特点与功能进行了全方位解读。

　　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碑。”

　　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，每过几年甚至更短的时间，全世界超级计算机的运算速度就会刷新一次。超级计算机的能力有极限吗？它们是否会在未来代替人脑？科幻电影中计算机统治世界的故事，让人们对这一古老话题的猜想从未停止。

　　“计算机无法代替人脑。”国防科技大学教授李思昆说，人脑与计算机的一个根本区别在于，人能够发现规律，而计算机只能根据人发现的规律和设计的方法进行计算。

　　李思昆说，超级计算机之所以能与人对弈，就是因为人们把下棋的规律转化成了可以计算的模型。

　　“辩证法认为，世界是有规律的。但还有很多问题比如爱情，人类尚未发现其中的规律，而已经发现的规律中也有可计算的和不可计算的。换句话说，只要人类能够发现规律、并且找到方法把规律变成可计算的问题从而建立起物理和数学模型，计算机就能够替代人类在这些问题中的劳动。”李思昆说。

　　人脑的奇妙性，让科学计算与世界无限未知的哲学命题紧密相连。

　　仅就代数计算而言的话，“天河一号”一秒钟能进行1206万亿次计算，人却只能进行大约一次运算。然而，记住对方的长相这样一个人在瞬间就能完成的图像识别工作，计算机却要经历一个极其复杂的并行计算过程。

　　“今天看来不可计算的规律，在未来某天也许能够进行计算。但人类又会不断发现更多未知的领域和更多不可计算的规律。”李思昆说。

　　数字详解“天河一号”

　　中国首台千万亿次超级计算机“天河一号”究竟有多“超级”？以下是一组相关数字。

　　数字一：全系统峰值性能为每秒1206万亿次，Linpack实测性能为每秒563.1万亿次。这意味着，“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。

　　数字二：共享存储总容量为1PB。按国内数字图书馆应用软件的图片格式PDG为例计算，如果平均每册书大小约10MB的话，“天河一号”的存储量相当于4个国家图书馆(藏书量为2700万册)之和，能够为全国每人储存一张大小接近1mb的照片。

　　数字三：“天河一号”由103台机柜组成，每个机柜占地1.44平方米、高两米、重1.5吨，系统总重量相当于19个神舟飞船。把通风等条件考虑在内，放置“天河一号”需要一个近千平方米的房间。

　　数字四：全系统包含6144个通用处理器(CPU)和5120个加速处理器(GPU)，仅系统级软件就有20多万行代码。按照每人每个小时写20行代码的速度，需要写1万小时。

　　数字五：互联通信网络的单根线传输速率为10Gbps，这是目前国际上最快的速率，相当于在“天河一号”计算机内部修了一条信息高速公路。

　　数字六：直接参与“天河一号”研发的科技人员有200多人，平均年龄为36岁。

　　数字七：“天河一号”目前投资为6亿人民币。从信息技术的发展速度预计，使用寿命预计为10年。

　　数字八：全系统运行情况下，每小时耗电1280度。能耗比即每瓦电创造的计算效能为4.3亿次运算，与目前峰值性能排名世界第一的美国“走鹃”超级计算机相当。

　　新闻背景：世界超级计算机及排名

　　超级计算机是指“在给定时间内可提供最大、最快和最强能力的大容量大型计算机”。类似词汇还有高性能计算机、高端计算机等。

　　超级计算是解决国家经济建设、社会发展、科学进步、国家安全和国防建设等领域一系列重大挑战性问题的重要手段，是国家综合国力、科技竞争力和信息化建设能力的重要体现，已经成为世界各国争夺的战略制高点。

　　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目前由德国曼海姆大学、美国田纳西大学、美国能源研究科学计算中心(NERSC)以及劳伦斯伯克利国家实验室联合举办，每年排名两次，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。

　　美、英、法、德、日是超级计算机研发和应用的传统强国，其中美国具有绝对优势地位。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。在亚洲，除日本外，印度、韩国也加大了对超级计算机的支持力度，已有多台系统进入了TOP500榜单。

　　随着中国改革开放的日益深化，国际合作的日益加强，中国计算机行业越来越重视公开参加TOP500排名，以此展示中国超级计算领域的最新成果和发展水平。近年来，中国已有多台超级计算机系统陆续进入了TOP500榜单，达到的最好名次是世界第10名。