“天河一号”七大技术四大特点三大功能

白瑞雪 喻 菲 王玉山

中国首台千万亿次超级计算机“天河一号”诞生之际，计算机专家对它的结构、特点与功能进行了全方位解读。千万亿次是一个质的变化

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2.5 GHz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2 700万册的国家图书馆。

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20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。

“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”投八使用后，必将推动科学研究的发展。

七大技术四大特点

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，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)排名第的美国“走鹃”计算机相当。参照2009年6月公布的Green500(全球绿色超级计算机前500强)排名，“天河一号”位居第五。

高安全。“天河”实现了不同用户问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，钥匙掌握在自己手里。

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

“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做出更多贡献。

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。

能代替人脑吗

“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”1s能进行1206万亿次计算，人却只能进行大约1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。