內(nèi)容提要：普通計(jì)算機(jī)大家都很熟悉，什么是超級(jí)計(jì)算機(jī)？它能做哪些計(jì)算，又如何計(jì)算？“天河一號(hào)”與人們的生活會(huì)有怎樣的聯(lián)系？日前，本報(bào)記者再次探訪國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心，讓記者帶你一起走近“天河一號(hào)”，了解超級(jí)計(jì)算機(jī)的奧秘。

圖為國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心

　　圖為“天河一號(hào)”芯片

圖為“天河一號(hào)”空調(diào)單元

圖為汽車模擬碰撞試驗(yàn)

圖為“天河一號(hào)”主機(jī)

　　天津北方網(wǎng)訊：北京時(shí)間2010年11月17日，國(guó)際超級(jí)計(jì)算機(jī)TOP500組織正式發(fā)布了第36屆世界超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜，我國(guó)自主研發(fā)的“天河一號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)憑著每秒鐘4700萬億次的運(yùn)算峰值速度脫穎而出，成為世界運(yùn)算速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)。“天河一號(hào)”奪取世界冠軍的消息吸引著全球媒體的眼球，也引發(fā)了人們對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)的關(guān)注。普通計(jì)算機(jī)大家都很熟悉，什么是超級(jí)計(jì)算機(jī)？它能做哪些計(jì)算，又如何計(jì)算？“天河一號(hào)”與人們的生活會(huì)有怎樣的聯(lián)系？日前，本報(bào)記者再次探訪國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心，讓記者帶你一起走近“天河一號(hào)”，了解超級(jí)計(jì)算機(jī)的奧秘。

　　“綠色巨無霸”

　　最瘦身最節(jié)能

　　“天河一號(hào)”的家就安在天津?yàn)I海新區(qū)的國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心。磚紅色的辦公大樓上“天河”兩個(gè)大字在陽光照耀下格外醒目。走進(jìn)大樓一層的“天河一號(hào)”主機(jī)房，140多個(gè)一人多高的黑灰色機(jī)柜，猶如整齊排列的披甲武士，在將近三個(gè)籃球場(chǎng)大小的機(jī)房?jī)?nèi)整整齊齊排成13排，總重量約150噸。在計(jì)算機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的輕微蜂鳴聲中，機(jī)柜上很多綠色小燈不斷閃爍，數(shù)萬顆高性能微處理器就像一顆顆心臟高效、有序地跳動(dòng)著。

　　龐大的身軀是超級(jí)計(jì)算機(jī)最顯著的特點(diǎn)之一，和世界上已有的千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)相比，“天河一號(hào)”算得上是身材苗條的小個(gè)子，它擁有2萬多個(gè)高性能微處理器，既可以調(diào)動(dòng)全部資源全身心地服務(wù)于一項(xiàng)重大研究，比如大飛機(jī)、大火箭的設(shè)計(jì)制造，也可以分身有術(shù)，同時(shí)為成千上萬個(gè)中小企業(yè)提供高速運(yùn)算服務(wù)?！叭缃竦摹旌右惶?hào)’峰值性能、實(shí)用性能、可靠性、可用性都進(jìn)入了國(guó)際領(lǐng)先行列，”國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心主任劉光明自豪地說，“目前千萬億次系統(tǒng)已經(jīng)向用戶開放使用?！?/p>

　　在主機(jī)房里記者看到的“天河一號(hào)”，就是一排排的機(jī)柜，那么與人們熟悉的個(gè)人電腦比起來，它的主機(jī)、顯示器、鍵盤和鼠標(biāo)又在哪里呢？據(jù)介紹，主機(jī)房中的每一個(gè)機(jī)柜都是超級(jí)計(jì)算機(jī)的一個(gè)計(jì)算單元，用戶可通過網(wǎng)絡(luò)終端登錄來使用超級(jí)計(jì)算機(jī)。這些終端可以是PC機(jī)、工作站、也可以是個(gè)人筆記本電腦，這些都成為超級(jí)計(jì)算機(jī)的“鍵盤鼠標(biāo)”。

　　目前，世界上為數(shù)不多的千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)中，占地面積大都達(dá)到了上千平方米，而“天河一號(hào)”是如何做到占地不足700平方米的瘦身效果呢？工作人員拆下機(jī)柜上一組被稱為“刀片”的計(jì)算模塊向記者展示：“‘天河一號(hào)’采用了雙面對(duì)插式的高密度組裝方案，每一組‘刀片’都可以支持熱插拔，即插即用，這樣使得維護(hù)非常方便，機(jī)柜內(nèi)通信連線的路徑也最短，確保了信號(hào)傳送的高速率和低延時(shí)。”

　　同時(shí)，這樣設(shè)計(jì)也解決了一個(gè)關(guān)系著“天河一號(hào)”能否穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵問題。“天河一號(hào)”的最大用電量約為每小時(shí)4000度電，耗電量大，如何保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，通風(fēng)散熱至關(guān)重要。掀起主機(jī)房的地板，下面布滿了一排排冷水水管?！袄渌畯牡匕逑滤腿胗?jì)算機(jī)柜側(cè)面的空調(diào)單元，產(chǎn)生用于散熱的冷風(fēng)。機(jī)柜內(nèi)每個(gè)‘刀片’上都布滿了散熱器，冷風(fēng)經(jīng)過刀片后帶走微處理器等產(chǎn)生的熱，然后通過空調(diào)單元將熱通過回水管中的水帶到機(jī)房外，進(jìn)行循環(huán)制冷?！惫ぷ魅藛T介紹，由于采用了世界最先進(jìn)的水冷風(fēng)冷結(jié)合的新技術(shù)，“天河一號(hào)”的能效值提升了近50%，堪稱世界上最節(jié)能的超級(jí)計(jì)算機(jī)之一。

　　小塊頭有大智慧

　　1天= 620年

　　如果評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)的指標(biāo)只有一個(gè)，相信絕大多數(shù)人會(huì)選擇速度。而超級(jí)計(jì)算機(jī)區(qū)別于普通計(jì)算機(jī)的最大特點(diǎn)，正是普通計(jì)算機(jī)無法企及的運(yùn)算速度。如果普通計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度相當(dāng)于人步行的速度，那么超級(jí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度，就相當(dāng)于火箭。它可以在最短的時(shí)間內(nèi)計(jì)算出復(fù)雜的、大型的、挑戰(zhàn)性的問題。比如計(jì)算未來一周的天氣預(yù)報(bào)，如果用個(gè)人電腦可能需要幾個(gè)月甚至更長(zhǎng)時(shí)間，而采用超級(jí)計(jì)算機(jī)一兩個(gè)小時(shí)就可以完成。

　　在2000年時(shí)，運(yùn)算速度在萬億次、十萬億次是超級(jí)計(jì)算機(jī)的標(biāo)志，到了2009年，百萬億次以上是超級(jí)計(jì)算機(jī)的新標(biāo)志，而千萬億次則是超級(jí)計(jì)算機(jī)的新高峰。國(guó)際超級(jí)計(jì)算大會(huì)，被譽(yù)為超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的奧運(yùn)會(huì)，計(jì)算機(jī)界都以能夠進(jìn)入TOP500前列來衡量一個(gè)國(guó)家制造和使用高性能計(jì)算機(jī)的水平。2009年11月18日的第34屆全球超級(jí)計(jì)算機(jī)大會(huì)上，排名前十的超級(jí)計(jì)算機(jī)中，“天河一號(hào)”成為唯一一臺(tái)非美國(guó)產(chǎn)品，中國(guó)從此成為世界上第二個(gè)有能力研制千萬億次計(jì)算機(jī)的國(guó)家。此后短短1年時(shí)間里，“天河一號(hào)”峰值速度提高了2.89倍，持續(xù)速度提高了3.55倍，在2010年底第36屆全球超級(jí)計(jì)算機(jī)大會(huì)上問鼎世界第一，標(biāo)志著我國(guó)自主研制超級(jí)計(jì)算機(jī)綜合技術(shù)水平進(jìn)入世界領(lǐng)先行列。

　　最值得自豪的是“天河一號(hào)”系統(tǒng)部分采用了我國(guó)自主研發(fā)的CPU，而正是我國(guó)首創(chuàng)的CPU與GPU融合并行計(jì)算體結(jié)構(gòu)使得“天河一號(hào)”最終領(lǐng)先世界。為此，美國(guó)《紐約時(shí)報(bào)》發(fā)表題為“中國(guó)成為世界最快超級(jí)電腦制造國(guó)”的文章稱，中國(guó)的一個(gè)科研中心已制造出了有史以來最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)，這使得中國(guó)有資格聲稱是技術(shù)超級(jí)大國(guó)。

　　到底“天河一號(hào)”運(yùn)算速度有多快呢？國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心副主任朱小謙給記者做了一個(gè)形象的解釋：“天河一號(hào)”的運(yùn)算峰值達(dá)到4700萬億次雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算，換算成我們熟悉的十進(jìn)制就意味著“天河一號(hào)”能夠在1秒鐘內(nèi)，進(jìn)行帶有小數(shù)點(diǎn)的十五、十六位實(shí)數(shù)運(yùn)算4700萬億次。打個(gè)比方，假如每個(gè)人每秒鐘可以做一次浮點(diǎn)運(yùn)算，“天河一號(hào)”計(jì)算1個(gè)小時(shí)就相當(dāng)于全國(guó)13億人計(jì)算340年時(shí)間，“天河一號(hào)”計(jì)算1天，就相當(dāng)于一臺(tái)雙核的個(gè)人電腦計(jì)算620年時(shí)間?！疤旌右惶?hào)”總的存儲(chǔ)容量能夠容納1千萬億個(gè)漢字，相當(dāng)于一個(gè)存儲(chǔ)10億冊(cè)100萬字書籍的巨大圖書館。

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