美國田納西大學(xué)教授杰克.唐加拉曾于今年5月對“天河二號”進(jìn)行了現(xiàn)場考察。他在研究報告中指出，標(biāo)準(zhǔn)測試顯示，“天河二號”運(yùn)算速度比排行榜上的亞軍——美國的“泰坦”快了74%。唐加拉表示：“‘天河二號’頗富中國特色，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、前端處理器、軟件等都主要由中國技術(shù)人員發(fā)明創(chuàng)造。”

　　據(jù)了解，“天河二號”采用了4000個中國制造的FT-1500處理器，但只占全部處理器的1/ 8，CPU為什么不能全部國產(chǎn)化？中國超級計算機(jī)何時才能完全走向自主創(chuàng)造？這也是關(guān)注我國超級計算機(jī)和信息化事業(yè)發(fā)展的人們都關(guān)心的話題。

　　“天河二號”打造超算新格局

　　據(jù)了解，由280人歷時兩年，耗資約1億美元研制的“天河二號”即將于2013年下半年落戶廣州超算中心，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)。

　　和“天河一號”相比，“天河二號”在核心指標(biāo)方面有了大幅提升，它的峰值速度和持續(xù)速度都比“天河一號”提高了10倍以上，而兩者的占地面積相當(dāng)。另外，對于執(zhí)行相同的計算任務(wù)，“天河二號”的耗電量只有“天河一號”的1/3。這意味著“天河二號”有能力去解決一些過去“天河一號”所不能解決的問題。比如回溯地球上的氣候變遷歷史，“天河一號”可以模擬2000年前的變化，“天河二號”則可以模擬到5000年前甚至更遠(yuǎn)；采用傳統(tǒng)手段研發(fā)新車，一般要經(jīng)過上百次碰撞實驗、歷時兩年多才能完成，而利用“天河二號”進(jìn)行模擬，只需3到5次實車碰撞、兩個月即可實現(xiàn)。

　　在此次超級計算機(jī)500強(qiáng)排名奪冠之后，“天河”也與“天宮”、“神舟”一道，成為國家競爭力的一個象征。專家們表示，今后，全球最快超級計算機(jī)的位置將可能出現(xiàn)由中美日三國計算機(jī)交替把持的局面。據(jù)了解，目前美國擁有全球500強(qiáng)超級計算機(jī)的一半以上。中國共有65個超級計算機(jī)進(jìn)入500強(qiáng)榜單，位居第二。日本以30個位列第三。世界上運(yùn)算速度最快的超級計算機(jī)寶座近年來一直被美國、中國、日本三國交替占據(jù)。英國、法國和德國分別以29個、23個和19個位列第四至第六位。

　　中國科學(xué)院超級計算中心主任遲學(xué)斌表示，最近10年，美國超級計算機(jī)性能提升了500倍，中國超級計算機(jī)性能則提升了5000倍。這意味著中國超算的發(fā)展速度和發(fā)展?jié)摿σ呀?jīng)進(jìn)入世界領(lǐng)先行列。3年中兩度研發(fā)出全球速度最快的超級計算機(jī)，短短十幾年里擁有超級計算機(jī)的數(shù)量從零躍居世界第二，這個成績顯示了中國科技實力的巨大進(jìn)步。不過美國仍是超級計算機(jī)運(yùn)用最為廣泛的國家，因為超級計算機(jī)500強(qiáng)中，有超過一半屬于美國。日本、歐洲也實力強(qiáng)勁，今后的國際競爭將會非常激烈。

　　未來在超算領(lǐng)域，是既有競爭，也有合作，科學(xué)家們對此表示了樂觀的態(tài)度。據(jù)了解，目前國家超級計算天津中心已與歐盟相關(guān)研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合開展基于“天河一號”核心技術(shù)的并行計算技術(shù)研究。美國工程院院士、超級計算機(jī)Top500主持人杰克.唐加拉也認(rèn)為，在工程資金競爭激烈的情況下，一些國家難以承擔(dān)超級計算機(jī)的巨額費(fèi)用，聯(lián)合各國共同研制計算機(jī)，將使各方受益。

　　技術(shù)走向自主創(chuàng)造

　　一般人們將摩爾定律表述為計算機(jī)芯片的性能每18個月翻一番，但看看超級計算機(jī)Top500榜單的變化就會發(fā)現(xiàn)，超級計算機(jī)的性能其實是每14個月就增加一倍，比摩爾定律預(yù)言的更快，這是超級計算機(jī)采用了并行處理的結(jié)果。據(jù)了解，目前超級計算機(jī)的基本組成與我們手中的個人電腦相比并無太大差異，規(guī)格與性能則強(qiáng)大太多。以處理器CPU為例，目前的個人電腦一般是兩到四核，而像“天河二號”這樣的超級計算機(jī)則會集成數(shù)以萬計的CPU。

　　據(jù)遲學(xué)斌介紹，“天河二號”運(yùn)算能力和國內(nèi)外的超級計算機(jī)相比處于領(lǐng)先位置。在超級計算機(jī)超級運(yùn)算速度下，人們可以完成普通計算機(jī)不能完成的大型復(fù)雜課題。假設(shè)每人每秒鐘進(jìn)行1次運(yùn)算，需要我國13億人同時用計算器算上1000年才能完成的運(yùn)算工作，“天河二號”花上1小時就能完成。同時“天河二號”由170個機(jī)柜組成，內(nèi)存總?cè)萘窟_(dá)到1400萬億字節(jié)，存儲總?cè)萘?2400萬字節(jié)，相當(dāng)于存儲每冊10萬字的圖書600億冊，容得下4個國家圖書館的藏書。

　　為了自主可控的需要，“天河二號”使用的是國產(chǎn)“麒麟”操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能在超級計算機(jī)中運(yùn)用，其在國家電網(wǎng)d5000項目中已經(jīng)得到使用，截至2012年底已部署上線3000余節(jié)點，廣泛應(yīng)用在全國20余省市。

　　“天河二號”的另一個獨(dú)創(chuàng)之處是微異構(gòu)融合體系。我國科技人員首創(chuàng)的獨(dú)具匠心的“CPU＋GPU異構(gòu)融合體系”曾在“天河一號”中獲得成功，之后這種結(jié)構(gòu)已被國際上很多超級計算機(jī)采用。這次中國設(shè)計師們再辟蹊徑：“天河二號”沒有繼續(xù)使用GPU，而是用被稱為MIC的英特爾部件作為加速器。這一被稱為“新型異構(gòu)多態(tài)體系結(jié)構(gòu)”的全新搭配方式不僅大大提高了機(jī)器的計算速度，還將“天河二號”的應(yīng)用從科學(xué)計算拓展至高效大數(shù)據(jù)處理、高吞吐率和高安全信息服務(wù)等多個領(lǐng)域。

　　為什么有了中國芯，“天河二號”還得使用外國芯片？對此“天河二號”副總指揮李楠坦陳，“天河二號”無法完全使用國產(chǎn)CPU，是出于軟件兼容性的需要。“超級計算機(jī)有5個核心要素：體系結(jié)構(gòu)、互聯(lián)技術(shù)、操作系統(tǒng)、CPU和應(yīng)用軟件，缺一不可”。李楠說，“天河二號”獨(dú)創(chuàng)的異構(gòu)多態(tài)體系結(jié)構(gòu)很可能再次引領(lǐng)國際潮流，自主研發(fā)的高速互聯(lián)性能是國際商用產(chǎn)品的兩倍，國產(chǎn)“麒麟”操作系統(tǒng)具有很高的安全性。“因此，前三個要素我們都解決得很好，但后兩個要素是短板。”

　　據(jù)了解，“天河二號”運(yùn)用于一般科學(xué)計算的計算陣列，是由4000個國產(chǎn)FT-1500和英特爾商用CPU共同構(gòu)建的。實際上，這兩款中央處理器的性能相當(dāng)接近。單個英特爾CPU集成12個核，主頻2.2G赫茲，功耗110瓦。而單個FT-1500集成16個處理器核，主頻1.8G赫茲，功耗65瓦，在節(jié)能方面甚至更有優(yōu)勢。

　　“天河二號”作為科技助力，將主要應(yīng)用于大飛機(jī)研發(fā)、石油勘探、核電站建設(shè)以及大型裝備的設(shè)計制造等大科學(xué)、大工程、產(chǎn)業(yè)升級和信息化建設(shè)領(lǐng)域。