“天河二号”全球超算“六连冠”|美国|日本_凤凰资讯
“天河二号”全球超算“六连冠”
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本次问鼎是“天河二号”自2013年6月问世以来，连续第6次位居世界超算500强榜首。获得“六连冠”殊荣，打破了日本“京K”地球数值模拟器所保持的五连冠世界纪录。
原标题：“天河二号”全球超算“六连冠”本报讯 日前，最新一期全球超级计算机500强榜单（TOP500）在2015世界超算大会期间公布。中国超算拿到了此次500个席位中的109席，仅次于美国位列第二，实现了历史性的份额突破——21.8%。由国防科技大学研制的“天河二号”超级计算机系统在运算速度排名中再次位居第一。据天河二号总设计师、国防科大计算机院院长廖湘科介绍，天河二号是国防科大承担完成的国家863计划和“核高基”国家重大专项项目成果，2013年6月研制成功，其峰值运算速度为每秒5.59亿亿次，实际运算速度达3.39亿亿次。它在异构体系结构、自主定制高速互联网络、新型并行编程模型框架等方面实现了一系列创新突破，使之成为了当今世界上运算速度最快的超级计算机。本次问鼎是“天河二号”自2013年6月问世以来，连续第6次位居世界超算500强榜首。获得“六连冠”殊荣，打破了日本“京K”地球数值模拟器所保持的五连冠世界纪录。按国别统计的500强超级计算机数量方面，中国从上次的37台增至109台，增长了约2倍，仅次于美国位列第二。排名榜首的美国则从上次的233台减少至200台。日本从40台减少至36台，排名从第二降到第三。对于中国超算份额的迅速增长，该排行榜的主要编撰人、美国田纳西大学计算机学教授杰克·唐加拉指出，这主要是中科曙光、联想等几家中国公司共同发力的结果。其中，中科曙光超算系统此次入围49台，已超过传统巨头IBM公司的45台，以9.8%的份额仅次于惠普（31.2%）和克雷公司（13.8%），位列三甲。孙乐琪 J245
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“天河二号”超算四连冠 超算技术哪家强？
新一轮全球超级计算机“赛跑成绩”已新鲜出炉，中国“天河二号”以每秒33.86千万亿次的浮点运算速度再次蝉联冠军。中国在全球超算领域是否已位居老大？请看——
超算技术哪家强？
据新华社美国新奥尔良11月18日电 (记者 郭爽)
交替领先是常态
就研制全球领先的超级计算机来说，中国、美国和日本都具备这一能力。“天河二号”主任设计师卢宇彤此前在接受新华社记者采访时说，在超算领域，国际竞争由来已久，多国交替领先将会成为常态。
本月17日，在美国新奥尔良举办的“SC14”大会发布了“全球500强超级计算机”最新榜单，其中近一半上榜超算来自美国，有231台。中国和日本“选手”的数量分别以61台和32台位居第二名和第三名。
目前，美国仍是超算强国，居主导地位，优势明显。中国计算机学会高性能计算专业委员会秘书长张云泉介绍说，美国的优势主要表现在超级计算机的核心技术方面，如处理器、互联网络、系统软件，并行编程环境和标准制定等。日本也有其独有的核心技术，但其研制的系统往往价格昂贵，难以市场化。
他认为，中国超算系统的整体研制能力已处于国际领先水平，国产处理器、互联网络、系统软件等方面已取得突破。但就超算应用来说，美国、欧洲和日本居于领先水平。
美日紧盯超算榜
卢宇彤说，在“天河”拿第一之前，美日之间的“第一之争”早已存在。张云泉指出，中国国防科技大学研制的“天河”系列超级计算机推出后，开启了中美日三国竞争阶段。随着大数据成为超算的一个越来越重要的应用领域，各国的竞争将更为激烈。
“事实上，美日特别在意其超算是否世界第一，一旦失去‘第一’称号，都会迫不及待地夺回来。‘天河一号’在2010年首次取得世界第一时，日本在福岛核事故等不利局面下，仍然紧急拨款加快其超级计算机‘京’的研制力度，用半年时间登上了冠军宝座。目前，美日由于相关研发力有所减弱，其在超算研究领域有联手趋势，特别是在系统软件研制方面，双方今年已签署合作协议”，他说。
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让美国的限售见鬼去 天河二号A 100P性能达成！
　　在ISC 2015大会上发布的第45期全球超级计算机TOP500排名中，由中国国防科学技术大学(简称国防科大)研制，部署于中国广州超算中心的天河二号再次荣登榜首，连续第5次成为TOP500冠军。但我相信，任何一个关心中国超算事业的人，都在高兴之余有着隐隐的一丝不安，那就是始于今年4月的“中美超算风波”，总让感觉天河的未来布满阴云。
　　第45期 TOP500榜单，前10名中只有一台新系统(第7名)，其余都是老面孔，天河二号第5次占据冠军位置
　　在4月底时，我曾写过一篇专文《走出中国超算的“凌波微步”》，详细介绍了这场风波的来龙去脉，以及它所产生的影响，并分析了中国应有的宏观对策。简单来说，由于美国点名对天河二号的限售，阻碍了天河二号今年既定的100PFLOPS(1P=千万亿次浮点运算，本文所指的浮点性能均指双精度)的升级计划，并可能长期影响中国超大规模超算系统的建设，这其中的关键就是英特尔公司的Xeon Phi加速器(或与之类同的产品)，它对于天河二号的连续5次登顶有着决定性的意义。
　　我们先看天河二号的配置：16000个计算节点，32000颗英特尔至强(Xeon) E5-.2GHz/12核心CPU，48000颗Xeon Phi 31S1P加速器，其运算峰值速度约为55PFLOPS。这其中天河二号所采用的Xeon Phi 31S1P拥有57个核心，TDP功耗300W，单个Xeon Phi 31S1P的浮点运算性能约1TFLOPS(1T=万亿次)。48000颗Xeon Phi 31S1P就贡献出了48PFLOPS的浮点性能，对于天河二号55P的峰值性能来说，重要性不言而喻。
　　美国银售的重点对象――英特尔Xeon Phi计算加速器，今年将推出第二代Knights Landing
　　在今年，英特尔将推出代号为Knight Landing的第二代Xeon Phi，浮点性能达到3TFLOPS。假如全部替换掉天河二号现有的Xeon Phi，那么天河二号的性能就将超过150PFLOPS(加上32000颗E5的性能)，绝对仍然是2015年，甚至是2016年的TOP500冠军。所以说，针对天河二号的Xeon Phi限售，的确影响到了天河后续的升级计划。
　　在那段风波期间，除了更多的中国超算专家表示要进一步自力更生，不惧封锁外，具体的产品与技术措施其实并不清晰。在日，在由中国计算机学会青年计算机科技论坛(CCF YOCSEF)在京举行 “芯片限售对我国超算的影响”特别论坛上，天河二号系统主任设计师、国防科大教授卢宇彤女士曾非常自信的强调，“按照原定计划，天河二号拟在今年将计算能力从55PFLOPS升级到100PFLOPS。尽管此次美方对天河二号升级所需Intel Xeon处理器的限售，对原定升级计划有一定影响，但我们早有准备，绝不会影响天河二号从55PFLOPS升级到100PFLOPS的既定目标 。”
　　然而，很多人并不知道，国防科大到底会采用什么方法来实100P的目标，心里多少没底，甚至有人怀疑国防科大也只是在给大家打气，并没有实际的解决方案。但是，在ISC 2015的第二天――中美超算风波3个多月后，卢宇彤亲自给出了答案――这就是天河二号A，并明确表示将在2016年正式上线。
　　天河二号系统主任设计师、国防科大教授卢宇彤在ISC 2015大会上以英文做主题讲演，详细介绍了中国主要的超算应用在天河二号上的实践，并第一次在国外会议上详细介绍了天河二号A的概况
　　在讲演的开头部分，卢宇彤介绍了天河系统的发展历史与未来的规划，也表明了100P系统的计划，但没有透露具体的系统名称
　　卢宇彤的主题讲演是在ISC 2015第二天的下午5点15分开始，其讲演的主题是《Applications Leveraging Supercomputing Systems》，我起初以为就是以天河二号的应用视角来看超算系统的应用与价值，并没有想到会介绍到天河二号A，给了我一个大大的惊喜。
　　天河二号A的主要技术指标，与历代天河系统的对比，其运算峰值将达到100P，能实现的关键就在于“中国加速器”，请注意功耗与天河二号几乎相同
　　天河二号A的计算节点数量将从天河二号的16000个，增加到约18000个，处理器仍然没变，还是至强E5-2692 V2，而最引人关注的则是用“China Accelerator”(中国加速器)替代了Xeon Phi。
　　从上文可知，通用处理器在未来的HPC系统里的权重会越来越低，主要工作将逐渐向控制层面转移，计算任务则主要由加速器完成。也因此，要想实现100P的目标，没有类似于Xeon Phi这类产品是不可能实现的，所以关键点就在于China Accelerator是用什么方法来实现类似于Xeon Phi与NVIDIA GPGPU(同样在美国限售范围内)的加速效果。国防科大给出的方案并不算有多“高大上”，但对于中国自主研发来说足够亮眼，那就是通用计算数字信号处理器(GPDSP)，并且有了明确的型号――Matrix2000。
　　Matrix2000的主要设计规格，预计为16核设计，可达到2.4T的浮点性能，虽然还比不上Knight Landing的3T，但对于白手起家的中国来说，已经相当不易，而且功耗比现有的Xeon Phi少了100W
　　从Matrix2000的设计规格上看，至少在理论上还是相当不错的，对于中国自主研发的加速器已经非常不容易了。如果还是按照天河二号计算节点的配置(2CPU+3加速器)，我们就按18000个节点来计算，将有54000颗Matrix2000加速器，理论运算峰值可达130P(T)，加上36000颗E5-2692 V2，总峰值可达137.6P，所以100P的目标也许还有些保守，100P是最大浮点性能(天河二号是33.86P)也说不准。
　　Matrix2000的内部设计，采用了标量与向量单元+超长指令字(VLIW)的架构
　　针对全新的Matrix2000所准备的软件堆栈，这也是Matrix2000能否被有效利用进而被应用开发者所接纳的关键，包括GPDPS驱动程序、操作系统、编译器、数学库等，这的确是项工程量巨大的工作
　　据国防科大的相关研发人员介绍，有关DSP的浮点计算应用，一直也是国防科大的研发重点，它与超算研究可谓是并行发展。也正是因为有了这样的积累，国防科大才能比较从容的面对美国的限售。但该研发人员也表示，美国的限售来得这么快还是有点出乎预料，而GPDSP的一个推广难点也就在于，在HPC应用领域几乎是从零起步，就像当初NVIDIA刚推出GPGPU时一样，直到CUDA的发布才迅速改善了GPGPU的应用生态环境。国防科大的GPDSP显然也要经历类似的过程，但国防科大在业界的知名度以及DSP在HPC里的应用平滑过渡性，较当初NVIDIA在图像处理领域以及GPU在浮点运算能力方面的名声，还有很大差距，因此其中的困难可想而知。
　　卢宇彤表示，目前Matrix2000正在进行验证。这意味着至少在国防科大的层面，已经为正式投入使用做着最后的准备，但具体时间还不能确定，所以只给出了2016年这一较为笼统的时间点。相关研发人员也透露，除了应用平台进一步配套完善之外，GPDSP芯片本身的生产与物理设备的调优还有很多工作要做。而且受限于当前中国半导体生产工艺水平，现在还是采用40nm工艺的GPDSP，也在很大程度上制约了Matrix2000的能力，“否则可以做到更多的核心，获得更多的性能”，相关研发人员感慨到。
　　当然，天河二号A在技术上的突破不仅仅是Matrix2000，卢宇彤也没有把这次天河二号A的亮相等同于Matrix2000的亮相，接下来她又介绍了天河二号A在互联与I/O方面的设计。
　　除了最关键的Matrix2000之外，天河二号A在其他方面也有着明显的升级，在互联层，采用了自主研发的TH-Express 2+架构(天河二号是TH-Express 2)，从联网芯片至网络路由芯片均有较大提升，并进一步实现了自适应(Adaptive)互联架构
　　所谓的自适应互联架构，就从多个层面入手，通过自应用平台层至底层形成的智能互动，保证网络效率持续而稳定，比如自动规避质量不佳或拥挤的链路，进一步杜绝重复的通信，并在节点与网络故障时对路由重新配置等等
　　在存储层面，天河二号A仍然是以自主研发的H2FS文件系统(Hybrid Hierarchy File System)为核心，并采用大量闪存作为I/O突发缓冲，夹在节点本地存储与大容量的全局存储之间，实现了1TB/s的突发传输，100GB/s的持续传输，每秒100万次的元数据操作
　　最后，卢宇彤给出了天河系统未来的应用方向与愿景，其实天河二号就已经不是单纯的HPC系统，在云、Hadoop、Spark等方面均有尝试或实际的应用，而未来则更是如此，国防科大也将按这样的思路来构建未来的天河二号A，让它从出生之日就是一个强大的多面手
　　卢宇彤对天河二号A的介绍，引发了会场的热烈反响，在提问环节，大多数的问题都集中在了“中国加速器”身上，显然这对于国外的HPC人士来说，也是非常的“意外”。但是，除了Matrix2000外，对于互联与I/O的完整阐述，也让人感觉天河二号A的确有备而来，明年的正式发布也是相当的靠谱(毕竟是军人出身嘛)，剩下的就看它是出现在第47期还是第48期的TOP500榜单上了。
　　当然，中国研制超大规模HPC系统的目的肯定不仅仅是为了跑个LINPACK争个名次，否则也不会引起美国的重视并引发限售。天河二号A的设计在某种角度上说，真正打开了中国自主HPC发展的向上之路，因为加速器很重要，也因为加速器被国外限售，所以天河二号A在这种环境下还能很快达到100P的性能，也许连美国相关人士也没有想到，但这绝对是件好事!
　　虽然我们都知道Matrix2000在未来很一长段时间里，将会面临严峻的应用生态的挑战，但是我们也非常清楚，当初的两弹一星的诞生历程又是何等艰苦，可换来的国家意义与战略价值则无法估量。中国HPC领域的很多专家其实都对美国限售保持乐观态度，因为中国的机会来了――只要是西方发达国家限制的产业，中国自主研发的实力与产品也就越强，也就越来越不需要外国的东西，反而确保了自身生态链的完整与环境安全，可能自主之路短期很痛苦，但长远来看肯定利远大于弊。
　　对于这些专家们的观点，我深表赞同，以HPC对于国家的国防与经济战略意义来说，在很大程度上，计算加速器在当今的作用已经不亚于当初的两弹一星。而天河二号A就是一个很好的开始，也许GPDSP的路很难走，也许它在实际应用中还有很多问题，但毕竟我们走出了第一步，没有这一步，后面的所有可能也就无从谈起，如果走得好走得稳，你敢说就不会出现一个与GPGPU和Xeon Phi平起平坐的GPDSP生态吗？
　　最后，我衷心祝愿天河二号A的研发最终获得圆满成功，早日上线，让美国的限售彻底见鬼去吧!
关键词：高性能计算
责任编辑：郑亮
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