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“中國速度”再次震驚世界：11月14日，世界權(quán)威的國際TOP500組織在其網(wǎng)站上公布了全球超級計算機(jī)500強(qiáng)最新排行榜，中國自主研制的“天河一號”二期系統(tǒng)（TH—1A）躍居榜首，成為世界運算速度最快的超級計算機(jī)。
“天河一號”的運算速度有多快？它是干什么用的？“中國速度”全球第一能保持多久？本文為你一探究竟。
11月16日，在位于天津濱海新區(qū)的國家超級計算天津中心二樓，記者見到了全球冠軍“天河一號”：140個看上去像黑色冰箱的機(jī)柜，在700平方米的機(jī)房內(nèi)整整齊齊排成13排。
“超級計算機(jī)被譽(yù)為計算機(jī)中的珠穆朗瑪峰，代表了一個國家計算機(jī)設(shè)計、制造和應(yīng)用的最高水平�！薄疤旌右惶枴惫こ剔k主任李楠研究員告訴記者，TOP500排名榜目前由德國曼海姆大學(xué)、美國田納西大學(xué)、美國能源研究科學(xué)計算中心（NERSC）、勞倫斯伯克利國家實驗室聯(lián)合舉辦，已成為衡量各國超級計算水平最重要的參考依據(jù)。
在這次TOP500榜單中，中國在前十中占有2席，僅次于美國；在前500強(qiáng)中，我們占了41席，總體占有率8.2％，位居第二。而在2009年11月的TOP500排名中，我國還只有21臺，總體占有率4.2％，位列第五�！斑@說明，我國的超級計算機(jī)研制水平在以較快的速度，整體趕超�！崩铋d奮地說。
特點
速度全球第一，能效世界領(lǐng)先
“天河一號”的速度有多快？
李楠告訴記者，“天河一號”的峰值運算速度為每秒4700萬億次�！疤旌右惶枴边\算1小時，相當(dāng)于全國13億人同時計算340年以上；“天河一號”運算1天，相當(dāng)于1臺雙核的高檔桌面電腦運算620年以上。
“天河一號”的存儲容量也大得驚人：其存儲容量為2PB，也就是2千萬億個字節(jié)。1個漢字平均為2個字節(jié)，“天河一號”即可在線存儲1千萬億個漢字，相當(dāng)于存儲100萬字的書籍10億冊。
“‘天河一號’還是同行中的綠色先鋒�！崩铋榻B說，總功耗和能效值也是當(dāng)前衡量超級計算機(jī)是否先進(jìn)的重要指標(biāo)，前者是指超級計算機(jī)滿負(fù)荷工作時的最大功耗值，后者是指“每瓦特可實現(xiàn)‘每秒多少百萬次雙精度浮點運算’”（MFlops/W），這是衡量超級計算機(jī)是否綠色、低碳的指標(biāo)。
據(jù)他介紹，“天河一號”滿負(fù)荷運行的總功耗是4.04兆瓦，每小時耗電4040度，24小時滿負(fù)荷工作耗電接近10萬度�！斑@個數(shù)字聽上去很驚人，但其實，‘天河一號’是一臺節(jié)能的綠色超級計算機(jī)。”李楠說，經(jīng)過測算，它的能效值為635.15MFlops/W，也就是每瓦特可實現(xiàn)每秒635.15百萬次浮點運算。這個能效值，目前僅低于能效排名世界第一的“IBM藍(lán)色基因”。
“此外，‘天河一號’還具有高安全性的特點�！薄疤旌右惶枴敝魅卧O(shè)計師盧宇彤研究員介紹，其所采用的國防科技大學(xué)自主研制的麒麟操作系統(tǒng)，是國內(nèi)唯一通過了國家公安部B2級（最高等級）認(rèn)證的操作系統(tǒng)�！坝脩羰褂明梓氩僮飨到y(tǒng)，可定制自己的私密工作空間，就像租用了銀行的保險箱一樣，鑰匙和密鑰都在用戶手上，其它用戶甚至系統(tǒng)管理員都不能訪問。而且，麒麟操作系統(tǒng)的有關(guān)內(nèi)核和接口是我們自行定義和自行研制的，黑客很難理解和掌握�！北R宇彤笑著說。
應(yīng)用
破解計算問題，助推戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)
“超級計算機(jī)是需求牽引的產(chǎn)物�！崩铋f，經(jīng)濟(jì)、科技、國防等領(lǐng)域存在一系列復(fù)雜、大型的問題需要求解，科學(xué)家經(jīng)過長期努力，為這些問題建立了越來越精細(xì)的物理模型，通過相應(yīng)的計算方法，可以在計算機(jī)上求解。這些計算問題中，最復(fù)雜、最大型的一類，被稱之為“挑戰(zhàn)性計算問題”，必須依賴運算速度極快的大容量大型計算機(jī)，才能在有效的時間內(nèi)完成。
據(jù)李楠介紹，超級計算機(jī)能夠有力推動國家科技創(chuàng)新能力的提升。理論研究、實驗和計算，是科學(xué)研究常用的三種手段，超級計算機(jī)可以幫助科學(xué)家更好地理解自然世界、發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律，從而推動科技進(jìn)步。例如，2007年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者彼得·格林貝格爾，就是德國尤利西研究中心的科學(xué)家。他借助該中心裝備的超級計算機(jī)，發(fā)現(xiàn)了“巨磁電阻”效應(yīng)，使得小型大容量硬盤成為可能。
其次，超級計算機(jī)能夠有力推動經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展。除了新能源、新材料、生物醫(yī)藥、節(jié)能環(huán)保等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，天氣預(yù)報、氣候預(yù)測、地震監(jiān)測等社會保障事業(yè)，對超級計算的依賴性也越來越強(qiáng)。
國家超算天津中心副主任朱小謙研究員告訴記者，目前“天河一號”已成功應(yīng)用于石油勘探、高端裝備研制、生物醫(yī)藥、動漫設(shè)計、新能源、新材料、工程設(shè)計與仿真分析、氣象預(yù)報等領(lǐng)域，先后為20多個單位提供了高性能計算服務(wù)。其中，中國科學(xué)院軟件研究所已用“天河一號”進(jìn)行了全球大氣淺水波全隱式數(shù)值模擬和地球外核熱流動數(shù)值模擬兩大科學(xué)難題研究。他們的評價是：“天河一號”穩(wěn)定可靠、使用界面友好，尤其是自主開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)帶寬高、延遲低，與“IBM藍(lán)色基因”等相比毫不遜色。
前景
獲歷史性突破，整體差距猶在
“我國的高端信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)還處在發(fā)展過程中，‘天河一號’此次奪魁，是歷史性的突破，實屬不易�！崩铋f，它在國際上首創(chuàng)了CPU和GPU相融合的高效并行計算體系結(jié)構(gòu)，突破了具有世界領(lǐng)先水平的高速互連通信技術(shù)。這再次證明，只要我們找準(zhǔn)突破口，堅持自主創(chuàng)新，就能夠研制出具有世界領(lǐng)先水平的產(chǎn)品，變“中國制造”為“中國創(chuàng)造”。
“當(dāng)然，我們對取得的成績要有一個理性的判斷，不能沾沾自喜�！薄疤旌右惶枴备笨傇O(shè)計師胡慶豐研究員說，從歷史上的TOP500排名來看，美、英、法、德、日是超級計算機(jī)研發(fā)和應(yīng)用的傳統(tǒng)強(qiáng)國，其中美國憑借其長期的技術(shù)積累，具有絕對優(yōu)勢地位�！霸谶@次排名中，美國占了274席，仍然具有絕對優(yōu)勢”。
他指出，與發(fā)達(dá)國家尤其是美國相比，我國在核心電子器件、高端通用芯片和基礎(chǔ)軟件，以及大型行業(yè)應(yīng)用軟件等方面存在明顯差距，不同程度地依賴國外進(jìn)口。就拿“天河一號”來說，還只是部分采用了我們自主研制的飛騰—1000中央處理器。
胡慶豐說：“‘天河一號’的應(yīng)用推廣工作還剛剛起步，應(yīng)用的深度和廣度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。在充分發(fā)揮系統(tǒng)并行計算能力、優(yōu)化系統(tǒng)應(yīng)用效率等方面，還面臨很多挑戰(zhàn)，趕超世界先進(jìn)水平還有很長的路要走�！�
“天河一號”世界第一的位置能維持多久？李楠說，相互超越很可能會成為今后世界超算強(qiáng)國競爭的常態(tài)。他舉例說，2002年日本以“地球模擬器”超越美國，居TOP500榜首，但美國在2004年即再次超越，奪回霸主地位。據(jù)《紐約時報》報道，目前美國已計劃制造更快的超級計算機(jī)。此外，日本也正在研制萬萬億次超級計算機(jī)K系統(tǒng)。
“國家已經(jīng)啟動了‘核高基’等國家重大專項的重點攻關(guān)，國防科技大學(xué)是積極的參與者和核心研制隊伍之一�！崩铋f，“我們有能力也有信心，與國內(nèi)同行一起拼搏，不斷縮小與發(fā)達(dá)國家的差距，盡快趕上并超過他們�！�
【延伸閱讀】
“天河一號”研制過程
“天河一號”是在國家863計劃重大項目“千萬億次高效能計算機(jī)系統(tǒng)”和天津市濱海新區(qū)的支持下，由國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制。研制工作從2005年起步，按兩期工程實施。一期系統(tǒng)于2009年9月研制成功，峰值速度為每秒1206萬億次雙精度浮點運算（TFlops），持續(xù)速度為563.1TFlops（LINPACK實測值），是我國首臺千萬億次超級計算機(jī)系統(tǒng)，參加2009年11月世界超級計算機(jī)TOP 500排名，位列亞洲第一、世界第五。二期系統(tǒng)于2010年8月在國家超級計算天津中心升級完成，實現(xiàn)了從亞洲第一向世界第一的重大跨越，取得了我國自主研制超級計算機(jī)綜合技術(shù)水平進(jìn)入世界領(lǐng)先行列的歷史性突破。
2010年11月全球超級計算機(jī)前十位（運算速度為持續(xù)速度）
1 中國天河一號（TH—1A），每秒2566萬億次
2 美國Cray Jaguar， 每秒1759萬億次
3 中國曙光星云，每秒1271萬億次
4 日本NEC/HP TSUBAME，每秒1192萬億次
5 美國Cray Hopper，每秒1054萬億次
6 法國BULL Tera—100，每秒1050萬億次
7 美國IBM Roadrunner，每秒1042萬億次
8 美國Cray KrakenXT5，每秒831.7萬億次
9 美國IBM JUGENE，每秒825.5萬億次
10 美國Cray CieloXE6，每秒816.6萬億次
超級計算機(jī)
是指“當(dāng)前時代運算速度最快的大容量大型計算機(jī)”。超級計算機(jī)的界定具有顯著的時代特征，與當(dāng)時的計算機(jī)技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展水平緊密相關(guān)。以峰值速度指標(biāo)為例，2000年前后，每秒萬億、十萬億次雙精度浮點運算是超級計算機(jī)的標(biāo)志，而在2009年前后，百萬億次以上已成為超級計算機(jī)的新標(biāo)志。當(dāng)前，千萬億次已成為超級計算機(jī)的新高峰。
超級計算中心
目前世界上具有千萬億次計算能力的超級計算中心和國家級實驗室共有6家，其中美國3家（橡樹嶺國家實驗室、美國能源研究科學(xué)計算中心、洛斯阿拉莫斯國家實驗室）、中國1家（國家超級計算天津中心）、日本1家（東京技術(shù)研究所）、法國1家（法國原子能委員會）、德國1家（歐盟尤利西研究中心）。（記者 趙永新）
