基本介紹

“天河一號”超級計算機由中國國防科學技術(shù)大學研制，部署在天津的國家超級計算機中心，其測試運算速度可以達到每秒2570萬億次。2009年10月29日，作為第一臺國產(chǎn)千萬億次超級計算機“天河一號”在湖南長沙亮相。

“天河一號”超級計算機使用由中國自行研發(fā)的“龍”芯片。而每秒鐘1206萬億次的峰值速度，和每秒563.1萬億次運行速度的Linpack實測性能使這臺被命名為“天河一號”的超級計算機位居同日公布的中國超級計算機前100強之首，也使中國成為繼美國之后世界上第二個能夠自主研制千萬億次超級計算機的國家。

該超級計算機峰值性能速度能達到每秒1206萬億次雙精度浮點數(shù)，而LINPACK實測性能速度達到每秒563.1萬億次。該計算機系統(tǒng)的以上兩項實測性能數(shù)據(jù)已經(jīng)向負責為國際超級計算機進行TOP500排名的統(tǒng)計組織進行提交，按照此超級計算機在二零零九年六月份進行的性能測試數(shù)據(jù)來看，“天河一號”超級計算機的實測性能可以排列在本年度TOP500排名的第四位，至于“天河一號”超級計算機的峰值性能則可以排列本年度TOP500排名的第三位。這個速度意味著如果使用“天河一號”超級計算機運行計算一秒鐘，其運行速度則相當于全國十三億人連續(xù)計算八十八年。而如果用天河一號計算一天，則相當于使用一臺當前作為主流機型的微型計算機連續(xù)運行計算一百六十年之久。“天河一號”超級計算機的存儲量，則相當于四個國家圖書館藏書量之和。

天河一號不僅為國內(nèi)首臺達到千萬億次運行速度的超級計算機，而且在架構(gòu)設(shè)計上采用了創(chuàng)新的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計；達到了很高的能效，達到431.7 MFlops/ W。排列于2009年已經(jīng)達到Green500第五位。

天河一號采用6144個英特爾INTEL通用多核處理器和5120個AMD圖形加速處理器，其內(nèi)存總?cè)萘?8TB。至于點對點通信的帶寬就達到了40Gbps，而其用于共享的磁盤總?cè)萘縿t達到1PB。該超級計算機系統(tǒng)將部署于設(shè)立在天津濱海新區(qū)的國家超級計算天津中心作為業(yè)務(wù)主機。

截止到2010年止，中國國防科技大學在原有的“天河一號”超級計算機的基礎(chǔ)上，對其加速節(jié)點進行了擴充與升級。新的天河一號A超級計算機系統(tǒng)已經(jīng)完成了安裝部署，其實測運算能力從上一代的每秒563.1萬億次倍增至2507萬億次，成為世界上最快的超級計算機。

截止2010年11月止，天河一號創(chuàng)下世界紀錄協(xié)會的有關(guān)超級計算機方面最快運行速度的世界紀錄。此前的最快運行世界記錄由美國政府能源部下屬橡樹嶺國家實驗室研發(fā)的“美洲豹”超級計算機所保持，“美洲豹”超級計算機的實測運算速度可達每秒1750萬億次。但今其在排行榜上的排名則被“天河一號”取代，導致其在新榜單中其排名下滑一位至第二位。排名第三的是由來自中國的民營企業(yè)曙光公司所研制的“星云”高性能大型超級計算機，其實測運算速度達到每秒1270萬億次。

2019年1月16日，從國家超級計算天津中心和正在此間舉行的天津市第十七屆人大二次會議上獲悉，從2014年開始，部署在國家超級計算天津中心的我國首臺千萬億次超級計算機“天河一號”已連續(xù)5年滿負荷運行。每天并發(fā)在線計算任務(wù)1400余項，每年完成任務(wù)335萬余項，為全國3000余個團隊和單位服務(wù)，為企業(yè)帶來經(jīng)濟效益累計近百億元。

性能排名

國內(nèi)排名

2010年10月28日，全國高性能計算學術(shù)年會在北京召開，“天河一號”超級計算機排名榜首。

曙光“星云”超級計算機僅次于“天河一號”，位居第二?！疤旌右惶枴睙o論是實測速度還是峰值速度，都超過了國內(nèi)其他超級計算機很多，并且也使中國成為繼美國之后世界上第二個能夠研制千萬億次超級計算機的國家。此外，在理論上，峰值速度越快，其效率值就會越低，而“天河一號”在這方面也有所突破，在效率方面也遠遠領(lǐng)先國內(nèi)其他的超級計算機。

“天河一號”超級計算機由6144個CPU和5120個GPU裝在103個機柜組成，占地面積近千平方米，其總重量達到155噸。這個“超級大腦”將在資源勘探、生物醫(yī)藥研究、航空航天裝備研制、金融工程、新材料開發(fā)等方面得到廣泛應(yīng)用，并向國內(nèi)外用戶提供超級計算服務(wù)。

國際排名

超級計算機TOP500排行榜是全世界最權(quán)威的超級計算機排行榜。從1993年起作為對全球已安裝的超級計算機進行排名的權(quán)威機構(gòu)，國際超級計算機TOP500組織以計算機實測速度（即Linpack測試值）為基準，以每年兩次的發(fā)布方式發(fā)布世界上最快的500臺超級計算機排名。

1993年，由德國曼海姆大學漢斯、埃里克等人發(fā)起創(chuàng)建了全球超級計算機TOP500排名榜；已經(jīng)發(fā)展成為全世界最具權(quán)威的超級計算機排行榜；是用來衡量各國研發(fā)的超級計算水平的最重要的參考依據(jù)。

在2009年6月的TOP500排名中，美國占據(jù)了291席，而歐洲占據(jù)了145席，但亞洲則只占據(jù)了49席，其中第1至第10名均為美國的產(chǎn)品，部署在美國能源部洛斯阿拉莫斯國家實驗室的IBM“Roadrunner（走鵑）”名列世界第一，峰值性能達1456萬億次，Linpack實測速度為1105萬億次。參照2009年6月公布的TOP500排行榜結(jié)果，“天河一號”可以排在世界第4位。

在國際超級計算機TOP500組織于2009年11月16日公布了第34屆全球超級計算機五百強排行榜，我國第一臺國產(chǎn)千萬億次(峰值性能/PetaFlops)超級計算機“天河一號”位居全球第五位。排名第一的是著名超級計算機廠商Cray打造的，位于美國橡樹嶺國家實驗室計算科學中心的“美洲虎”(Jaguar)，最大性能1.759PFlops，峰值性能2.331PFlops。

而據(jù)《紐約時報》2010年10月28日報道，美國田納西大學創(chuàng)新計算機實驗室每半年發(fā)布一次的世界最快超級計算機TOP500名單即將問世，中國制造的超級計算機“天河一號”可能會奪得頭籌。此消息一出，令身為超級計算機霸主的美國心態(tài)糾結(jié)。美國橡樹嶺國家實驗室超級計算機專家表示，就目前而言暫時沒有任何一臺超級計算機的運算速度和性能能與“天河一號”匹敵?！度A爾街日報》稱，中國新研制的超級計算機系統(tǒng)的性能有望在全球奪魁，再次顯示出中國日益強大的科技實力可能給美國競爭力與國家安全帶來的挑戰(zhàn)。

據(jù)稱，評選委員會用自己的標準對中國參選超級計算機“天河一號”進行了測算，發(fā)現(xiàn)其運行速度為上代冠軍的1.4倍。不過，評獎委員會成員杰克 唐加拉表示：“到11月1日的時候評選才會結(jié)束，現(xiàn)在還不能下最后結(jié)論。但我個人認為，在評選結(jié)束之前，已經(jīng)不可能有比（中國）這臺電腦更快的機器出現(xiàn)了。”

美國彭博社稱，中國致力于在超級計算機領(lǐng)域投資，以改善氣候、基因?qū)W、替代能源、地震成像和國防的研究與模擬。自2002年開始在該技術(shù)領(lǐng)域投資以來，其高性能計算能力已提高至全球第三，僅次于美國和歐盟。同時在排名世界前十的超級計算機中，中國擁有兩臺；兩者相比之下，美國擁有七臺。不過下個月這一數(shù)據(jù)就會發(fā)生變化。據(jù)悉，在6月的“世界最快電腦500強”中，中國就占了其中24個席位。

據(jù)《紐約時報》報道，美國已計劃制造更快的機器，以推動軟件發(fā)展，方便研究者使用。等這些計算機出世仍需要數(shù)年時間，現(xiàn)在“中國才是王者”。

不過，美國著名計算機設(shè)計師史蒂夫沃利奇則表示：“世界不會停止腳步。這只是暫時的情況”。

2010年11月14日公布的是第36版排行榜“天河一號”改進型排名世界第一。

后來，TOP500組織于2011年11月15日公布了第38屆全球超級計算機五百強排行榜，日本理化學研究所與富士通共同研發(fā)的超級電腦“京”，取代了來自中國的“天河一號”，在最新全球超級電腦500強排名中位列第一。研究所說，“京”配備了864個機柜，使用了88,128顆富士通生產(chǎn)的八核CPU，僅僅是“天河一號”核心數(shù)量的八倍，其運算速度為每秒10,510萬億次，遠遠快過了“天河一號”的2600萬億次，達到了“天河一號”的四倍。

2012年6月18日，國際超級電腦組織公布的全球超級電腦500強名單中，“天河一號”排名全球第五。美國的超級電腦技術(shù)在過去一年中突飛猛進，由美國國際商業(yè)機器公司(IBM)最新研制的超級計算機“紅杉”(Sequoia)，為美國重新奪得全球最快超級計算機寶座。這是繼2009年后美國再次奪回“世界第一電腦”的頭銜。排名前十的超級計算機系統(tǒng)實測運算速度都超過每秒千萬億次，其中美國的超級計算機有3個，中國和德國2個，日本、法國和意大利各1個。中國國家超級計算天津中心的“天河一號”超級電腦在最新排名中名列第五；另外超級計算深圳中心的“星云”超級電腦排名第十。

應(yīng)用配置

配置介紹

天河一號

–6144個通用處理器（3072x2 Intel Quad Core Xeon E5540 2.53GHz/E5540 3.0GHz）；

–5120個加速處理器（2560 ATI Radeon 4870x2 575MHz）

–內(nèi)存總?cè)萘?8TB；

–點點通信帶寬40Gbps；

–共享磁盤總?cè)萘繛?PB

天河一號A

–2048顆我國仿制sun公司的UltraSparc T2處理器（飛騰FT-1000）八核心處理器

–14336顆Intel Xeon X5670 2.93GHz六核心處理器

–7168塊NVIDIA Tesla M2050高性能計算卡

硬件系統(tǒng)

–計算陣列、加速陣列、服務(wù)陣列，以及互連通信子系統(tǒng)、I/O存儲子系統(tǒng)和監(jiān)控診斷子系統(tǒng)等

計算陣列

–2560個計算結(jié)點；

–每個計算結(jié)點集成2個Intel CPU，配32GB內(nèi)存。

加速陣列

–2560個加速結(jié)點；

–每個加速結(jié)點含2個NVIDIA? Tesla? C2050/2070 GPU、 2GB顯存。

服務(wù)陣列

–512個服務(wù)結(jié)點；

–每個服務(wù)結(jié)點含2個Intel EP CPU、32GB內(nèi)存。

互連通信子系統(tǒng)

–采用兩級Infiniband QDR互；

–單個通信鏈路的通信帶寬為40Gbps、延遲1.2μs。

I/O存儲子系統(tǒng)

–采用全局分布共享并行I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；

–磁盤總?cè)萘?PB。

監(jiān)控

–采用分布式集中管理結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)全系統(tǒng)的實時安全監(jiān)測、系統(tǒng)控制和調(diào)試診斷等功能。

軟件系統(tǒng)

–操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)、資源管理系統(tǒng)和并行程序開發(fā)環(huán)境等四部分組成。

操作系統(tǒng)

–操作系統(tǒng)采用64位Linux；

–面向高性能并行計算、支持能耗管理、虛擬化和安全隔離等進行了針對性設(shè)計。

“天河一號”的操作系統(tǒng)用的是我國的“銀河麒麟”操作系統(tǒng)，在“銀河麒麟”操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行改造的。“銀河麒麟”是國防科技大學自主研制，目前我國等級最高的操作系統(tǒng)。它是自主研制的，它的內(nèi)核、很多接口我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)；同時，它又能兼容國際上很多操作系統(tǒng)，主要是linux操作系統(tǒng)，因此能夠廣泛地支持第三方軟件。

編譯系統(tǒng)

–支持C、C 、Fortran77/90/95、Java語言；

–支持OpenMP、MPI并行編程；

–提供異構(gòu)協(xié)同編程框架，高效發(fā)揮CPU和GPU的協(xié)同計算能力。

資源管理

–提供全系統(tǒng)資源統(tǒng)一視圖，實現(xiàn)多策略資源分配與作業(yè)調(diào)度，有效提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐率。

并行程序開發(fā)環(huán)境

–并行程序開發(fā)環(huán)境提供一體化圖形用戶界面，支持應(yīng)用程序的調(diào)試和性能分析。

峰值性能

1.206PFlops，LINPACK測試性能563.1TFlops@575MHz，超過2009年6月TOP500第四位。

系統(tǒng)能效

431.7MFlops/W，超過2009年6月Green500第五位。

操作系統(tǒng)

符合B2級安全標準，提供基于隔離的用戶安全工作環(huán)境

提供統(tǒng)一的全系統(tǒng)資源管理視圖、友好的系統(tǒng)管理使用界面、一體化的并行應(yīng)用集成開發(fā)環(huán)境和虛擬化的網(wǎng)絡(luò)計算環(huán)境。

應(yīng)用領(lǐng)域

–石油勘探數(shù)據(jù)處理；

–生物醫(yī)藥研究；

–航空航天裝備研制；

–資源勘測和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)處理；

–金融工程數(shù)據(jù)分析；

–氣象預(yù)報和氣候預(yù)測；

–海洋環(huán)境數(shù)值模擬；

–短期地震預(yù)報；

–新材料開發(fā)和設(shè)計；

–土木工程設(shè)計；

–基礎(chǔ)科學理論計算等。

系統(tǒng)芯片

芯片廠商Nvidia稱，中國制造的新型超級計算機天河一號是全球運算速度最快的計算機，將配置逾7000顆Nvidia圖形芯片。Nvidia官員稱，該超級計算機由中國國防科技大學研制，安裝在天津國家超級計算中心，功率相當于17.5萬臺筆記本電腦。（天河一號采用AMD的ATI4870，天河一號A采用Nvidia芯片）

運算速度等于2.5 Petaflops，較美國田納西州橡樹嶺國家實驗室的全球第二大超級計算機速度快30%。中國超級計算機命名為天河一號，跨領(lǐng)域科學家和其它國家將使用該超級計算機。

Nvidia以設(shè)計高端計算機玩家購買的視頻卡聞名，該公司技術(shù)已延伸至其它領(lǐng)域，包括模擬天體物理學和執(zhí)行其它繁重數(shù)學任務(wù)的超級計算機。

超級計算機還用于醫(yī)療成像、石油勘探和天氣預(yù)報領(lǐng)域。

計算機中采用的傳統(tǒng)中央處理器可快速接連計算龐大的計算任務(wù)，圖形處理器擅長同時執(zhí)行數(shù)個小規(guī)模計算，便于執(zhí)行特殊任務(wù)。

Nvidia產(chǎn)品營銷副總裁烏杰西·德賽（Ujesh Desai）說：“如果我們超越傳統(tǒng)游戲市場，需要擴大產(chǎn)品組合，這正是我們兩年前投資功能強大的GPU項目的原因所在。”

用于天河一號的圖形芯片是高端卡，每卡售價2500美元，天河一號還使用了逾1.4萬顆英特爾中央處理器。

Nvidia稱，全球最強大計算機中，有7臺在美國，兩臺在中國，一臺在德國。

部分專家指出，由于編程人員和主流芯片廠商如英特爾傳統(tǒng)上關(guān)注中央處理器，一直未充分利用GPU。大家應(yīng)該挖掘GPU潛力，改進普通電腦性能。

英特爾和競爭對手AMD計劃在2011年發(fā)布整合圖形和傳統(tǒng)處理器功能的微芯片。

研發(fā)歷程

作為中國高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）中的一個重大項目，“天河一號”的設(shè)計始于2008年。

“隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境控制、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域已經(jīng)對千萬億次甚至更高性能的計算機提出了現(xiàn)實需求。”國防科技大學校長張育林說。

國防科技大學是“天河一號”的研制者。1983年面世的中國第一臺億次計算機“銀河一號”，同樣誕生在這所大學。

“超級計算機的研制歷程表明，我們要在高技術(shù)領(lǐng)域有所作為，必須走一條中國特色的自主創(chuàng)新之路?！睆堄终f，“一味追求國際排名是沒有意義的，只有在核心技術(shù)、實際效益和人才培養(yǎng)上不斷實現(xiàn)新的突破，科學研究才有了持續(xù)發(fā)展的動力?！?/p>

采用了“多陣列可配置協(xié)同并行體系結(jié)構(gòu)”等7項關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)的“天河一號”，綜合技術(shù)水平位居世界前列，具有高性能、高能效、高安全和易使用的特點。在實現(xiàn)技術(shù)跨越的同時，由200多人組成、平均年齡為36歲的“天河”團隊還首次嘗試了軍地合作、多家單位協(xié)同攻關(guān)的開發(fā)模式。

中國傳統(tǒng)文化里，“天河”是銀河的別稱。張育林說，這臺計算機的名字暗示著天津與“銀河一號”計算機誕生地之間的合作。

2010年年底之前，這臺由103個機柜組成、占地面積近千平方米、總重量155噸的龐大計算機將安裝到中國兩個國家級超級計算中心之一的天津中心，向國內(nèi)外用戶提供超級計算服務(wù)。

“在現(xiàn)代科學發(fā)展中，計算已經(jīng)成為與理論和實驗并行的第3大引擎。

”國家超級計算天津中心主任劉光明說，“天河一號”將在資源勘探、生物醫(yī)藥研究、航空航天裝備研制、金融工程、新材料開發(fā)等方面得到廣泛應(yīng)用。

“‘天河’的平臺是開放的，我們愿意與全世界共享中國的創(chuàng)新成果?！眲⒐饷髡f。

圖中是科研人員在對“天河一號”超級計算機在精選系統(tǒng)測試。

科研意義

中國首臺千萬億次超級計算機系統(tǒng)——“天河一號”由國防科學技術(shù)大學研制成功。在中國高性能計算機TOP100組織公布的2009年度前100強排名中，天河一號高居榜首。

有關(guān)專家認為，“天河一號”的誕生，是我國戰(zhàn)略高技術(shù)和大型基礎(chǔ)科技裝備研制領(lǐng)域取得的又一重大創(chuàng)新成果，實現(xiàn)了我國自主研制超級計算機能力從百萬億次到千萬億次的跨越，使我國成為繼美國之后世界上第二個能夠研制千萬億次超級計算機系統(tǒng)的國家。

“天河一號”在科技部的領(lǐng)導支持下，通過與天津市濱海新區(qū)密切合作，由國防科大計算機學院承擔的國家863計劃“千萬億次高效能計算機系統(tǒng)研制”課題的重大成果。該系統(tǒng)突破了多陣列可配置協(xié)同并行體系結(jié)構(gòu)、高速率可擴展互連通信、高效異構(gòu)協(xié)同計算、基于隔離的安全控制、虛擬化的網(wǎng)絡(luò)計算支撐、多層次的大規(guī)模系統(tǒng)容錯、系統(tǒng)能耗綜合控制等一系列關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)峰值性能達每秒1206萬億次雙精度浮點運算，內(nèi)存總?cè)萘?8TB，點點通信帶寬每秒40Gb，共享磁盤容量為1PB，具有高性能、高能效、高安全和易使用等顯著特點，綜合技術(shù)水平進入世界前列。

超級計算機是世界高新技術(shù)領(lǐng)域的戰(zhàn)略制高點，是體現(xiàn)科技競爭力和綜合國力的重要標志。各大國均將其視為國家科技創(chuàng)新的重要基礎(chǔ)設(shè)施，投入巨資進行研制開發(fā)。我國首臺千萬億次超級計算機系統(tǒng)的成功問世，是我國高性能計算機技術(shù)發(fā)展的又一重大突破，是國家和軍隊信息化建設(shè)的又一重要成果，為解決我國經(jīng)濟、科技等領(lǐng)域重大挑戰(zhàn)性問題提供了重要手段，對提升綜合國力具有重要戰(zhàn)略意義?！疤旌右惶枴边m用于大規(guī)?？茖W與工程計算。國防科大正與天津濱海新區(qū)密切合作，將“天河一號”廣泛應(yīng)用于石油勘探數(shù)據(jù)處理、生物醫(yī)藥研究、航空航天裝備研制、資源勘測和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)處理、金融工程數(shù)據(jù)分析、氣象預(yù)報、氣候預(yù)測、海洋環(huán)境數(shù)值模擬、短臨地震預(yù)報、新材料開發(fā)和設(shè)計、土木工程設(shè)計、基礎(chǔ)科學理論計算等方面。

據(jù)介紹，“天河一號”將作為天津濱海新區(qū)和國防科大共同建設(shè)的國家超級計算天津中心的業(yè)務(wù)主機，面向社會開放，實現(xiàn)資源共享，為國內(nèi)外提供超級計算服務(wù)，同時帶動高科技服務(wù)產(chǎn)業(yè)和高端信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展，著力打造高新科技服務(wù)、產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新、人才聚集培養(yǎng)三個平臺，為經(jīng)濟、社會發(fā)展提供高科技支撐。

國防科大計算機學院是我國高性能計算機研制的重要基地，被中央軍委授予“科技攻關(guān)先鋒”榮譽稱號。他們始終緊貼國家和軍隊重大戰(zhàn)略需求，研制成功的“銀河”系列高性能計算機在國家和國防建設(shè)的關(guān)鍵領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，為強軍興國作出了突出貢獻。參加研制的廣大科技人員表示，要進一步深入學習胡錦濤總書記關(guān)于提高自主創(chuàng)新能力，建設(shè)創(chuàng)新型國家的一系列重要論述，以攀登世界科技高峰的信心和勇氣，大力弘揚“銀河精神”，團結(jié)協(xié)作，頑強拼搏，在更高起點上推進我國高性能計算機事業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

“我聽到‘天河一號’研制成功的消息時很震驚，我們原來預(yù)計千萬億次的計算機要到2010年底才在中國出現(xiàn)?！敝袊茖W院軟件所研究員張云泉說，“這是我國高性能計算機發(fā)展史上新的里程?！备咝阅苡嬎銠C又稱巨型計算機或超級計算機。在超級計算機不斷提高運算速度的過程中，千萬億次是一個難以逾越的“瓶頸”。美國早在上個世紀90年代就提出了做千萬億次巨型計算機的目標，直到2007年才實現(xiàn)。截至2009年6月，世界上僅有3臺千萬億次的計算機?！皣H計算機界認為，從百萬億次提升到千萬億次是一個質(zhì)的變化，不可能通過單純擴大規(guī)模來實現(xiàn)，而是需要體系結(jié)構(gòu)上的改變?！眹揽萍即髮W教授竇文華說，“天河一號”采用了全新的多陣列可配置協(xié)同并行的體系結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)了系統(tǒng)性能的提升。 竇文華認為，這種體系結(jié)構(gòu)具備構(gòu)建下一個量級即萬萬億次計算機的能力，將會成為下一代高新計算機的主流結(jié)構(gòu)。千萬億次計算機的出現(xiàn)，為中國高科技計劃的實施提供了一個更為廣闊的平臺。“某些領(lǐng)域的現(xiàn)實需求，已經(jīng)超出了當時巨型機的能力。”竇文華說，氣候預(yù)報、環(huán)境控制、飛行器設(shè)計、系統(tǒng)生物學等領(lǐng)域都需要千萬億次甚至更高性能的計算機。

因此，“天河一號”投入使用后，必將推動科學研究的速度。七大技術(shù)四大特點打造“中國第一”一臺千萬億次的“天河一號”，是否等于10個百萬億次巨型機之和？中國科學院院士周興銘說，系統(tǒng)的效能絕不是各單元計算效能的簡單疊加。“如果用高性能微處理器直接堆出一個千萬億次的系統(tǒng)，功率會大得驚人，用戶可能連電費都付不起，同時機器的可靠性很低，根本無法穩(wěn)定工作。表面上看‘干活’的器件多了，結(jié)果卻是‘三個和尚沒水吃’。”周興銘說，“天河一號”采用7項關(guān)鍵技術(shù)，使得“一加一”的結(jié)果盡量接近“二”，從而發(fā)揮出機器最大的整體效能。這7項技術(shù)包括：多陣列可配置協(xié)同并行體系結(jié)構(gòu)、高速率擴展互聯(lián)通信技術(shù)、高效異構(gòu)協(xié)同計算技術(shù)、基于隔離的安全控制技術(shù)、虛擬化的網(wǎng)絡(luò)計算支撐技術(shù)、多層次的大規(guī)模系統(tǒng)容錯技術(shù)和系統(tǒng)能耗綜合控制技術(shù)。周興銘介紹說，由于采用了一系列創(chuàng)新技術(shù)，這臺計算機具有四大特點：

——高性能。無論是1206萬億次的峰值性能，還是563．1萬億次的Linpack實測性能，均位于國內(nèi)榜首、世界一流。

——低能耗。能耗是每瓦電創(chuàng)造的計算效能，“天河一號”目前能效為每瓦4．3億次運算，與2009年6月公布的Top500（全球超級計算機前500強）排名第一的美國“走鵑”（Roadrunner）相當。參照2009年6月公布的Green500（全球綠色超級計算機前500強）排名，“天河一號”可以位居第5。

——高安全?！疤旌印睂崿F(xiàn)了不同用戶間數(shù)據(jù)和工作信息的相互隔離。對用戶來說，相當于到銀行租個保險柜，鑰匙掌握自己手里。

——易使用。“傻瓜化”的操作界面和菜單、鼠標等常規(guī)操作，讓機器的使用變得簡單。同時，作為一臺國際通用的標準化的超級計算機，“天河”上能運行來自各行業(yè)的各種程序，不存在兼容性問題。公共服務(wù)設(shè)施承載三大功能按照工程計劃，“天河一號”將于2009年底至2010年在天津市濱海新區(qū)落戶，成為國家超級計算天津中心的業(yè)務(wù)主機，面向國內(nèi)外提供超級計算服務(wù)?！疤旌印惫こ剔k公室主任李楠說，“天河一號”在投入使用后將實現(xiàn)三大功能：第一，作為提供超級計算服務(wù)的全球公共科研設(shè)施，“天河”向國內(nèi)外用戶開放。無論身在何處，用戶都可以通過國際互聯(lián)網(wǎng)使用“天河”進行科學計算；第二，作為產(chǎn)業(yè)帶動平臺，“天河”上集中的當今時代最先進的信息技術(shù)將逐步轉(zhuǎn)移到其他產(chǎn)業(yè)，從而解決國家與社會發(fā)展中的各種問題；第三，作為吸引人才的平臺，“天河”將進一步匯聚來自世界各地的尖端技術(shù)人才，對國民經(jīng)濟和世界科技的可持續(xù)發(fā)展作出更多貢獻。

中國的巨型計算機用戶主要集中在石油勘探、天氣預(yù)報、基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域。上個世紀末期，西方發(fā)達國家的汽車、建筑、動漫等行業(yè)已經(jīng)開始普及巨型計算機。我國對高性能計算機的需求已經(jīng)進入一個高峰期。天河”將用于石油勘探數(shù)據(jù)處理、生物醫(yī)藥研究、航空航天裝備研制、資源勘探和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)處理、金融工程數(shù)據(jù)分析、環(huán)渤海生態(tài)動力和污染數(shù)值模擬、基礎(chǔ)科學理論計算等方面。與國家超級計算天津中心同時開始建設(shè)的，還有位于深圳的中心。這一南一北兩個國家級的超級計算中心，將成為中國高科技發(fā)展的重要引擎。超級計算機的應(yīng)用與老百姓的生活息息相關(guān)，最常見的天氣預(yù)報就是超級計算的結(jié)果。而隨著超級計算機的服務(wù)能力在未來進一步拓展，很可能會誕生一個龐大的巨型機服務(wù)產(chǎn)業(yè)，面向個人用戶提供服務(wù)。僅就代數(shù)計算而言的話，“天河一號”一秒鐘能進行1206萬億次計算，人卻只能進行大約一次運算。然而，記住對方的長相這樣一個人在瞬間就能完成的圖像識別工作，計算機卻要經(jīng)歷一個極其復雜的并行計算過程。

概念解釋

峰值速度4700萬億次

“天河一號”峰值運算速度為4700萬億次。做個換算對比，“天河一號”運算1小時，就相當于全國13億人同時計算340年以上的時間。“天河一號”運算1天，就相當于1臺雙核的高檔桌面電腦運算620年以上的時間。

存儲容量2000萬億字節(jié)

“天河一號”存儲容量為2PB，也就是2千萬億個字節(jié)。做個換算對比，1個漢字平均為2個字節(jié)，“天河一號”即可在線存儲1000萬億個漢字，相當于存儲100萬字的書籍10億冊。

24小時功耗 10萬千瓦時

“天河一號”滿負荷運行的總功耗是4.04兆瓦，也就是每小時耗電4040千瓦時，24小時滿負荷工作耗電接近10萬千瓦時。這個數(shù)字令人驚嘆，但實際上“天河一號”在超級計算機當中是一臺相對節(jié)能的、綠色的超級計算機。經(jīng)過測算，它的能效值僅低于目前能效排名世界第一的IBM藍色基因系統(tǒng)。

總重量160.27噸“天河一號”由140個機柜組成，占地約700平方米，總重量約160噸。大家站在“天河一號”前，會覺得它氣勢宏偉、震撼人心。但實際上，“天河一號”在世界上已有的千萬億次超級計算機中（多數(shù)是近千平方米的占地）。

媒體評論

有觀察家指出，“天河-1A”將為中國在氣候預(yù)報等經(jīng)濟和民生領(lǐng)域提供更好的技術(shù)手段，不會對其它國家特別是美國造成什么“威脅”。

美國《華爾街日報》發(fā)表報道稱，“中國日益強大的科技實力給美國競爭力與國家安全帶來挑戰(zhàn)”；《美國之音》網(wǎng)站上的一則評論更是聳人聽聞，“超級計算器上的速度優(yōu)勢會推動中國在尖端軍事技術(shù)上的快速提升，這對美國和世界都是個不安和危險的信號”。

北京獨立軍事觀察家認為，中國成功研制出“天河-1A”世界上最快的超級計算器，標志著中國的超級計算器綜合技術(shù)水準進入世界領(lǐng)先行列，為中國高科技計劃的實施提供了一個更為廣闊的平臺，在軍事和國防上也具有現(xiàn)實的用途和戰(zhàn)略功能。

世界最權(quán)威的超級計算器排名榜“國際TOP500組織”公布了最新全球超級計算器500強排行榜，中國國防科技大學今年研制的“天河一號”二期系統(tǒng)（天河-1A）被評為世界運算最快的超級計算器，引起了人們的高度關(guān)注和熱議。國成功研制出“天河-1A”世界上最快的超級計算機，標志著中國的超級計算器綜合技術(shù)水準進入世界領(lǐng)先行列，為中國高科技計劃的實施提供了一個更為廣闊的平臺，在軍事和國防上也具有現(xiàn)實的用途和戰(zhàn)略功能。

一是軍機研制可駛?cè)搿翱燔嚨馈?。?jù)軍事專家介紹，在現(xiàn)代軍機研究制造領(lǐng)域，巨型計算機有著不可替代的獨特作用。

如國際上過去研制二代、三代戰(zhàn)機普遍要在“風洞”中進行少則1年多則數(shù)年的定型試驗，但現(xiàn)在依靠巨型計算機強大的計算能力和模擬技術(shù)，可以進行大量的仿真實驗，周期可以縮短到數(shù)個月時間。

觀察家認為，中國眼下正是研制軍用運輸機、殲擊機、轟炸機及直升機的“黃金時期”，許多新設(shè)計的機型需要進行大量的“風洞”試驗。

依靠自己新開發(fā)的“天河-1A”世界上最快的超級計算機，將使中國的新軍機定型試驗駛?cè)搿翱燔嚨馈?，一方面可以打破一些國家對我國實行的高新尖技術(shù)“封鎖”，另一方面可以更好地落實國家“十二五”規(guī)劃提出的“創(chuàng)新發(fā)展”、“節(jié)能環(huán)?！钡男乱?。

二是聯(lián)合作戰(zhàn)研練有了“新平臺”。為了取得更強大的聯(lián)合作戰(zhàn)能力，近年來西方發(fā)達國家加強了作戰(zhàn)模擬研練，而超級計算機在這方面自然成了強勁的“推手”。

它可以根據(jù)現(xiàn)實情況預(yù)設(shè)成千上萬種作戰(zhàn)方案，然后通過計算和分析得出最優(yōu)化的方案，從而使更為精密的作戰(zhàn)模擬成為現(xiàn)實。

觀察家指出，運算能力越強，可以預(yù)設(shè)的作戰(zhàn)方案也就越多，計算速度也就越快，分析出來的結(jié)果也就越接近于實戰(zhàn)的參數(shù)，這就可以使解放軍提高基于信息系統(tǒng)體系作戰(zhàn)能力的努力得到實際的幫助。

三是提高戰(zhàn)略威懾有了“新手段”。據(jù)外電報道，美俄等國家為了維護戰(zhàn)略核武器的領(lǐng)先地位，在削減數(shù)量的同時，加大了模擬核實驗的力度。

如美國9月份就在內(nèi)華達州地下約300米的實驗室進行了亞臨界核試驗，超級計算機參與了實驗室數(shù)據(jù)和以前核試驗數(shù)據(jù)的數(shù)學模型綜合分析。

觀察家分析認為，由于“天河-1A”采用了中國自主研制的芯片，操作軟件也是國防科大自主研制、國內(nèi)安全等級最高的“麒麟操作系統(tǒng)”，它將為中國解決核武器發(fā)展提供新的重要手段，對保持中國“核武器庫”的安全和威懾力有著積極的意義。

觀察家指出，中國研制成功世界上運算最快的超級計算機，是貫徹科技強國發(fā)展戰(zhàn)略的必然結(jié)果，將為中國在氣候預(yù)報、環(huán)境控制、系統(tǒng)生物學等經(jīng)濟和民生領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)又好又快發(fā)展提供更好的技術(shù)手段，根本不會對其它國家特別是美國造成什么“威脅”。

實際上，經(jīng)過重大技術(shù)升級與綜合優(yōu)化后的“天河-1A”也是開放發(fā)展的成果，它采用了美國公司生產(chǎn)的處理器，與美國的最新處理技術(shù)尚有明顯的差距。

正如排行榜編撰人之一、美國田納西大學計算器學教授杰克.唐加拉在接受新華社記者采訪時表示的那樣，中國在超級計算機領(lǐng)域的發(fā)展并非對美國領(lǐng)先地位造成“威脅”，但卻可以看作是“美國正在失去高性能計算技術(shù)優(yōu)勢地位的一個跡象”。

實踐運用

2010年初，作為“天河一號”的首批設(shè)備，一個峰值性能達到百萬億次的計算機系統(tǒng)已在國家超級計算天津中心投入運行。“天河”百萬億次超級計算機系統(tǒng)現(xiàn)已提供24小時遠程網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)，運行狀態(tài)良好。千萬億次計算機系統(tǒng)建成后，將把計算任務(wù)過渡到千萬億次系統(tǒng)。

2009年10月29日，國防科技大學成功研制出的峰值性能為每秒1206萬億次的“天河一號”超級計算機在長沙亮相。中國成為繼美國之后世界上第二個能夠研制千萬億次超級計算機的國家。

2012年8月26日，落戶在天津濱海新區(qū)的我國運行速度最快超級計算機“天河一號”目前服務(wù)用戶已超過300家，涵蓋中科院、中石油、南開大學、渣打銀行等多個行業(yè)，并成為部分領(lǐng)域的核心生產(chǎn)力。

2010年，“天河一號”國家超級計算中心落戶長沙，成為繼天津和深圳之后，國家科技部正式批準建立的第三家國家超級計算中心（以下簡稱長沙超算）。長沙超算自2010年11月開始籌建，2013年7月主體工程竣工，同年9月，“天河一號”主機設(shè)備安裝到位。2014年6月才進行加電測試，啟動試車。

2016年2月1日，從國家超級計算天津中心獲悉，部署在該中心的中國首臺千萬億次超級計算機“天河一號”“天河一號”在支持國家科技創(chuàng)新以及服務(wù)產(chǎn)業(yè)等方面都取得了突出的成效，在服務(wù)國家科技創(chuàng)新方面，為航空航天、氣候氣象、新能源材料等領(lǐng)域提供平臺支撐，每天在線任務(wù)量超過1400個，累計支持科技部的國家科技重大專項、國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）、國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）、國家科技支撐、國家自然科學基金等國家、省部級重大項目超過1200項。

2018年12月15日，銀河·天河’40年超級計算作為中國首臺千萬億次超級計算機，安置在天津中心的“天河一號”累計支持國家重大項目超過1600項，每天并發(fā)在線計算任務(wù)數(shù)超過1400項，支持200多個新材料科研團隊在納米、儲能、超導等領(lǐng)域展開計算模擬研究。

2019年1月，“天河一號”已連續(xù)5年滿負荷運行，每天并發(fā)在線計算任務(wù)1400余項，每年完成任務(wù)335萬余項，為全國3000余個團隊和單位服務(wù)，為企業(yè)帶來經(jīng)濟效益累計近百億元。