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500強排名奪冠之后，“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的位置將可能出現(xiàn)由中美日三國計算機交替把持的局面。據(jù)了解，目前美國擁有全球500強超級計算機的一半以上。中國共有65個超級計算機進(jìn)入500強榜單，位居第二。日本以30個位列第三。世界上運算速度最快的超級計算機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，美國超級計算機性能提升了500倍，中國超級計算機性能則提升了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，短短十幾年里擁有超級計算機的數(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運用最為廣泛的國家，因為超級計算機500強中，有超過一半屬于美國。日本、歐洲也實力強勁，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)超級計算機的巨額費用，聯(lián)合各國共同研制計算機，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芯片的性能每18個月翻一番，但看看超級計算機Top500榜單的變化就會發(fā)現(xiàn)，超級計算機的性能其實是每14個月就增加一倍，比摩爾定律預(yù)言的更快，這是超級計算機采用了并行處理的結(jié)果。據(jù)了解，目前超級計算機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”這樣的超級計算機則會集成數(shù)以萬計的CPU。

　　據(jù)遲學(xué)斌介紹，“天河二號”運算能力和國內(nèi)外的超級計算機相比處于領(lǐng)先位置。在超級計算機超級運算速度下，人們可以完成普通計算機不能完成的大型復(fù)雜課題。假設(shè)每人每秒鐘進(jìn)行1次運算，需要我國13億人同時用計算器算上1000年才能完成的運算工作，“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中運用，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”的另一個獨創(chuàng)之處是微異構(gòu)融合體系。我國科技人員首創(chuàng)的獨具匠心的“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。