勇闯天河 探秘“天河一号”超级计算机

自主研发的飞腾FT-1000八核心处理器

“天河一号A”研制之初，除使用了进口CPU和GPU之外，其他核心器件、互联芯片均为我国自主研制。随着科研人员的不懈努力，如今“超高性能CPU”这道难题也迎刃而解。国产飞腾FT-1000八核芯片，由国防科技大学专门为“天河”系列计算机量身定制，已达到了当今世界主流。据了解，安装飞腾芯片后，不仅“天河一号A”的峰值运算速度将在目前每秒1206万亿次的基础上有所提升，而且其实际运算速度也将提高到每秒千万亿次。同时，由于关键芯片实现完全“国产化”，也将使“天河一号A”在确保信息安全方面拥有更多的保证。

“天河一号A”高性能关键——GPU计算卡

“天河一号A”占据了HPC TOP500的第一，那么它制胜的关键是什么？那就是GPU部分采用了NVIDIA Tesla M2050/M2070计算模块解决方案，核心威力在于会以二十分之一的功耗与十分之一的成本即可实现超级计算能力，从而为部门集群与数据中心的部署提供了全球高的计算密度。

NVIDIA Tesla M2050/M2070

至于Tesla M2050与M2070计算模块，它们是基于代号为“Fermi”的GPU核心，双精度性能超过四核x86 CPU十倍。值得一提的是它拥有ECC存储器，保证了数据的一致性。在进行GPU计算时，所有的标准优势和高可靠性都可以实现，无缝紧密地集成了系统监控与管理工具，其中包括各种各样的架上型与刀片式系统。此外，这些系统还包含了用户所需的远程监控与远程管理功能，从而可满足高性能计算与大型数据中心以及横向扩展等部署需求。

“天河一号A”软件架构分析

“天河一号A”的软件系统包括操作系统、编译系统、资源管理系统和并行程序开发环境等。操作系统采用面向高性能并行计算的64位Linux，支持功耗管理、虚拟化和安全隔离等。编译系统支持C、C++、Fortran和Java等的并行编程，并提供了异构协同编程框架以有效发挥CPU与GPU的协同计算能力。资源管理系统可提供整个系统的资源统一视图，能实现多策略资源分配与作业调度，有效提高资源利用率和系统吞吐率。

从世界的范围来看，超级计算机的应用目前几乎已涉及科学技术、工业设计、金融和经济管理以及军事国防等相关的各种领域，例如与人们生活密切相关的天气预报和气候模拟、地震预报和监测等方面的应用，还有环境监测和分析、石油等自然资源的勘探，生物及医学领域的基因与遗传工程、药物研制、医学影像的分析处理，航空航天领域的飞行器设计，军事武器的研制和模拟试验，还有基础科学研究等领域的大规模数值计算。除了具有超强大的科学计算能力之外，超级计算机具有高效的信息服务和事务处理能力，因此也可以用作信息服务、事务处理与决策支持等系统的高性能服务器。