天河一号专家组：计算机专家全方位揭秘

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。

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2.5GHz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。

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。

科研人员在对“天河一号”超级计算机进行系统性能测试。新华社发（何书远摄）

“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。

“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

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）排名第一的美国“走鹃”（Roadrunner）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”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。