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[经济观察]

中国成功研制千万亿次超级计算机“天河一号” 将落户天津(图)

作者:世界名人网特约记者综合报道 何书远摄影          录入于 October 30, 2009 at 07:07:31:
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世界名人网讯 中国国防科技大学29日公布了新研制成功的中国运算速度最快的超级计算机,每秒峰值运算速度逾千万亿次,可与目前世界上最强大的计算机比肩。这使得中国成为继美国之后第二个能研制千万亿次计算机的国家。
  
“天河一号”一天的计算量相当于一台主流个人电脑不间断地计算160年。
  
这套重155吨的先进系统,由103个冰箱大小的银灰色机柜组成,占地面积约1000平方米。它耗资6亿元,由中国高技术研究发展计划和天津滨海新区共同资助。
  
超级计算机被用来完成普通PC和服务器不能完成的大型复杂课题。国防科大校长张育林说,“天河一号”将主要用于石油勘探、生物医药研究、航空航天装备研制、新材料开发等领域。
  
凭借着每秒1.206千万亿次的峰值速度和563.1万亿次的Linpack实测速度(国际公认的超级计算机性能衡量标准),“天河一号”在刚刚发布的中国超级计算机100强中排名第一。它已被提名参加11月的世界超级计算机500强排名。参照半年前的世界排名,它可居第四。
  
中国科学院软件研究所研究员张云泉说:“我听到‘天河一号’研制成功的消息时很震惊,原来估计中国的千万亿次计算机要到2010年底才会出现。”能否研制超级计算机被视作一个国家科技综合实力和创新能力的标志之一。
  
“天河一号”工程办公室主任李楠说,200多名计算机专家耗时两年研制成功的“天河一号”现在国防科大继续调试,并将在2010年底前安装在国家超级计算天津中心。
  
中科院院士、国防科大教授周兴铭说:“‘天河一号’装有6144个英特尔CPU和5120个AMD公司的GPU,它的存储量相当于4个藏书量为2700万册的中国国家图书馆。”
  
他解释说:“世界上的超级计算机还很少使用CPU加GPU的体系结构。GPU是图形处理器,扮演加速器的作用,它加快了计算机的运行速度,却降低了功耗和成本。”
  
李楠说,“天河一号”在天津安装后将增加中国制造的芯片,而实测速度也将提高到800万亿次以上。
  
虽然“天河一号”每年的电费可高达1800万元,但根据6月国际超级计算机能效排名,它依然算得上世界上最环保的5台超级计算机之一。
  
在世界超级计算机500强6月排名榜中,美国占219席,欧洲占145席,亚洲占49席。前10名都是美国的产品。中国大陆有20台超级计算机进入这个榜单,但它们的核心中央处理器都靠进口。
  
另一个有能力的制造商曙光公司也在研制自己的千万亿次超级计算机,计划于2010年推出。

专家全方位解读:

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20101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Gteen500(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。

(白瑞雪、喻菲、王玉山)





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