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天河二号登TOP500:荣誉的背后还有各种伤?

天极网服务器频道2013-07-28 06:00我要吐槽

  先来说说大家都知道的:

  2013年6月17日,由国防科技大学研制的“天河二号”超级计算机,以峰值计算速度每秒54902.4万亿次、持续计算速度每秒33862.7万亿次双精度浮点运算的优异成绩“干”掉了美国和日本的超算,获得世界超级计算机TOP500的榜首。值得“拍手”的是,天河二号的速度比第二名美国的泰坦快了一倍。

天河二号登TPO500:荣誉的背后还有各种伤?
天河二号超算中心

 

  一些数字

  “天河二号”720平方米,造价1亿美元,占地运算一小时,相当于全国13亿人同时用计算器计算一千年。其系统的存储总容量相当于600亿册每册10万字的书籍。

天河二号登TPO500:荣誉的背后还有各种伤?

  在架构方面,天河二号使用了自主研发的网络系统和操作系统,网络系统使用了国防科大自主研发的,基于SPARC指令集的FT-1500处理器,操作系统则是我国自主开发的麒麟操作系统。天河二号大约有13000个计算节点,每个节点使用了两颗Intel Xeon E5-2692 V2 CPU和3个Xeon Phi 31sp Co-processor。Xeon E5-2692 V2是由英特尔开发并尚未上市,每颗CPU有12核心,主频2.2GHZ;而Xeon Phi 31sp则是Intel开发的协处理器,用来执行密集浮点运算。 理论上,天河二号的最大浮点运算性能可达到54.9PFlops,而实测运算性能达33.86PFlops,效率达到60%左右。

  仅仅是“速度快”吗?

  研发一个超级计算机需要哪些技术呢?包括硬件层面的核心处理器、网络、存储架构、操作系统、编程平台、数据传输等核心技术,此外在能耗控制、制造工艺等方面也需要考量。所以,并不仅仅是“速度”上的突破。

天河二号登TPO500:荣誉的背后还有各种伤?
自主研发的FT1500处理器

  下面简单回顾一下超级计算机的历史:第一代超级计算机,在架构上和普通意义上的电脑没什么区别,也就是由“主控制器、存储器、运算器、输入和输出设备”组成,不同的是采用专门设计的CPU来提升运算速度,其瓶颈是单个CPU的速度上升之后,在降低能耗、解决散热等亟待解决的问题难度系数大大增加;后来,开始增加CPU数量,也就是多核,用以提高速度,但是在公共内存和维护缓存等方面又遇到了瓶颈,导致扩展能力有限,在核数变多之后,速度提升也变得有限了。于是,第三代超级计算机,也就是分布式多CPU架构(MPP)出现了:采用多个独立CPU执行一个任务,采用分布式存储系统,每个CPU和独立内存构成一个节点,避免了上一代计算机的瓶颈问题,但是成本控制问题又开始显现……天河二号所采用的新一代集群结构,也就是基于网络的分布式集中计算,属于第四代超级计算机架构。它的优势是把多个节点通过高速网络连接,进行统一调度并行处理,集群中的每个节点都有自己的存储器和I/O设备。

天河二号登TPO500:荣誉的背后还有各种伤?
LSW交换机刀片

天河二号登TPO500:荣誉的背后还有各种伤?
把16000个节点连起来的整齐的布线

  可以说,研制一台超级计算机核心技术的体现是在架构设计上,通过优化的架构设计使得这些CPU的效率可以发挥出来,同时能耗控制在一个合理的水平。中国在天河一号率先研发使用了“CPU+GPU多态异构体系”,而天河二号得到了改良,实现了多类型计算资源、输入输出资源和服务资源等方面的灵活配置,并扩大了应用领域,可支持大数据处理。

 

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作者:嘉文责任编辑:嘉文)
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