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第三篇 巨型计算机天河一号


在应用方面,“天河一号”已经在位于
天津的国家超级计算中心正式“安家”并 开始推广使用,张育林说:“一个产值数 百亿元的信息产业集群正在形成。”
linpack是一个可以分解和解答线性方程和线 性最小平方问题的Fortran子程序集.这个包解决的 线性系统是:矩阵是普通的,带状的,均衡模糊的,均 衡确定的,三角形,tridiagonal square.另外在包计 算QR和单值矩形矩阵分解并用它们解决最小平方 根问题.
世界超级计算机及排名
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T OP500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。
金融工程数据分析;
气象预报和气候预测; 海洋环境数值模拟; 短临地震预报; 新材料开发和设计; 土木工程设计; 基础科学理论计算等。
发展历程
作为中国高技术研究发展计划(863计划) 中的一个重大项目,“天河一号”的设计 始于2008年。
“随着我国经济的发展,环境控制、生 物医药等领域已经对千万亿次甚至更高性 能的计算机提出了现实需求。” 国防科技 大学是“天河一号”的研制者。1983年面 世的中国第一台亿次计算机“银河一号”, 同样诞生在这所大学。
超级计算机又称高性能计算机、巨型
计算机,是世界公认的高新技术制高点和 21世纪最重要的科学领域之一。
天河一号千万亿次超级计算机系统
由103个机柜组成、占地面积近千平方 米、总重量155吨的庞大计算机将安装到中 国两个国家级超级计算中心之一的天津中 心,向国内外用户提供超级计算服务。
机房
硬件
软件
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。2 009年6月TOP500排名中,美国占据2 91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“Roa drunner(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“天河”系列计算机量身定制的, 达到了当今世界主流服务器CPU的水平。 “在安装‘飞腾’芯片后,‘天河一号’ 的峰值速度和运算效率将大大提高。”
2009年,“天河一号”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。“今年,我们将把 Linpack实测速度提高到每秒1000万亿次以 上。”
系统配置
6144个通用处理器 5120个加速处理器 内存总容量98TB ; 点点通信带宽40Gbps ; 共享磁盘总容量为1PB
硬件系统 计算阵列 加速阵列 服务阵列 以及互连通信子系统 I/O存储子系统和监控诊断子系统等组成。
计算阵列 2560个计算结点 ; 每个计算结点集成2个Intel CPU,配32GB 内存 。
I/O存储子系统 采用全局分布共享并行I/O系统结构 ; 磁盘总容量1PB 。
监控: 采用分布式集中管理结构,实现全系统的实
时安全监测、系统控制和调试诊断等功能。
软件系统 操作系统、编译系统、资源管理系统和并行
程序开发环境等四部分组成 。
操作系统 操作系统采用64位Linux ; 面向高性能并行计算、支持能耗管理、虚拟 化和安全隔离等进行了针对性设计 。
加速阵列 2560个加速结点; 每个加速结点含2个AMD GPU、 2GB显存
服务阵列 512个服务结点 ; 每个服务结点含2个Intel EP CPU(服务器处理器 芯片) 、32GB内存
互连通信子系统 采用两级Infiniband QDR(端口交换机)互连 ; 单个通信链路的通信带宽为40Gbps、延迟1.2μs 。
天河一号
超级计算机
超级计算机通常是指由数百数千甚至更 多的处理器(机)组成的、能计算普通PC 机和服务器不能完成的大型复杂课题的计 算机。普通计算机的运算速度比做成人的 走路速度,那么超级计算机就达到了火箭 的速度。
随着第一台国产千万亿次超级计算机 2009年10月29日在湖南长沙亮相,作为算 盘这一古老计算器的发明者,中国拥有了 历史上计算速度最快的工具。
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。
超级计算机的研制历程表明,我们要 在高技术领域有所作为,必须走一条中国 特色的自主创新之路。”张育林说,“一 味追求国际排名是没有意义的,只有在核 心技术、实际效益和人才培养上不断实现 新的突破,科学研究才有了持续发展的动 力。”
采用了“多阵列可配置协同并行体系结 构”等7项关键创新技术的“天河一号”, 综合技术水平位居世界前列,具有高性能、 高能效、高安全和易使用的特点。在实现 技术跨越的同时,由200多人组成、平均年 龄为36岁的“天河”团队还首次尝试了军 地合作、多家单位协同攻关的开发模式。
编译系统 支持C、C++、Fortran77/90/95、Java语言;
支持OpenMP、MPI并行编程 ; 提供异构协同编程框架,高效发挥CPU和
GPU的协同计算能力 。
资源管理 提供全系统资源统一视图,实现多策略资源
分配与作业调度,有效提高资源利用率和系统吞 吐率。
并行程序开发环境 并行程序开发环境提供一体化图形用户界面,
天河一号千万亿次超级计算机系统
每秒钟1206万亿次的峰值速度和每秒 563.1万亿次的Linpack(速度测试软件)实测 性能,使这台名为“天河一号”的计算机 位居同日公布的中国超级计算机前100强之 首,也使中国成为继美国之后世界上第二 个能够自主研制千万亿次超级计算机的国 家。
这个速度意味着,如果用“天河一号” 计算一秒,则相当于全国13亿人连续计算 88年。如果用“天河一号”计算一天,一 台当前主流微机得算160年。“天河一号” 的存储量,则相当于4个国家图书馆藏书量 之和。
“天河一号”超级计算机将拥有“中国芯”
据新华社北京3月8日电 国防科技大学 校长张育林8日透露,由国防科技大学研制 的我国首台千万亿次超级计算机“天河一 号”,将在今年安装我国自行设计制造的 “飞腾”CPU芯片。“‘天河一号’研制 之初,使用国外进口的CPU,主要是出于 成本方面的考虑。”张育林说,“除此之 外,‘天河一号’上所有的核心器件、互 联芯片、操作系统,全部是我们自主研制 的。”
2010年年底之前,这台由103个机柜组成、 占地面积近千平方米、总重量155吨的庞大计算 机将安装到中国两个国家级超级计算中心之一的 天津中心,向国内外用户提供超级计算服务。
“在现代科学发展中,计算已经成为与理论 和实验并行的第3大引擎。”国家超级计算天津中 心主任刘光明说,“天河一号”将在资源勘探、 生物医药研究、航空航天装备研制、金融工程、 新材料开发等方面得到广泛应用。
支持应用程序的调试和性能分析 。
操作系统 符合B2级安全标准,提供基于隔离的用户安
全工作环境。 提供统一的全系统资源管理视图、友好的系
统管理使用界面、一体化的并行应用集成开发环 境和虚拟化的网络计算环境。
可广泛应用于 石油勘探数据处理;
生物医药研究; 航空航天装备研制; 资源勘测和卫星遥感数据处理;
天河一号的操作系统
“天河一号”的操作系统用的是我们的 “银河麒麟”操作系统,在“银河麒麟” 操作系统基础上进行改造的。“银河麒麟” 是国防科技大学自主研制,目前我国等级 最高的操作系统。它是自主研制的,它的 内核、很多接口我国拥有自主知识产权; 同时,它又能兼容国际上很多操作系统, 主要是是linux操作系统,因此能够广泛地 支持第三方软件。
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