天河一号：助力中国制造大火箭大飞机

    “天河一号”工程办公室主任李楠向记者介绍最新的系统。经过技术升级之后，我国首台千万亿次超级计算机“天河一号”性能实现飞跃，运算速度达到当前国际领先水平。

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一年内从全球第五升至全球第一

走进正在运行的“天河一号”二期系统机房，140个1.45米宽、1.2米深、2米高的灰色机柜整齐列阵，气势恢宏。与记者去年10月底在长沙见到的一期系统相比，每个机柜都穿上了一层“玻璃外衣”。机房内的噪声小了很多，没有了空调发出的呼呼的风声。

外表上的变化来自于内部的革新。“‘天河一号’从一期系统升级为二期系统，决不是简单扩张规模，而是实现了一系列重大技术提升和综合优化。”“天河一号”工程办主任李楠研究员告诉记者。

与普通计算机相同，速度是衡量一台超级计算机的核心参数，直接体现了超级计算机的性能。在刚刚公布的TOP500榜单上，“天河一号”的峰值速度比排名第二的美国橡树岭国家实验的“美洲虎”快了近1000万亿次。与一期系统相比，“天河一号”二期系统的峰值运算速度为4700万亿次，提高了2.89倍，持续速度提高了3.55倍。

这些都要归功于天河一号二期系统中采用的国际领先的异构融合体系结构。“我们将CPU（中央处理器）和GPU（图形处理器）捆绑使用，大大降低了“天河一号”的制作成本。”李楠表示，“由于GPU的成本只相当于CPU的1/6，如果全部使用CPU,‘天河一号’的研制建造费用将由现在的6亿元增长到近20亿元。”

该体系结构也得到了世界超级计算机同行的认可。该领域权威专家、美国斯坦福大学计算机系主任比尔·戴利教授这样评价:“中国的天河计算机采取的CPU与GPU融合的结构，代表了未来高性能计算机的发展趋势。随着计算机规模的不断拓展，这种结构虽然不是唯一的解决方法，但目前看来是最好的。”

能耗问题一直是困扰超级计算机专家们的难题。曾有西方学者预言：如果不能解决能耗问题，那么今后的超级计算机需要和核电站建在一起。

采用了异构融合体系结构的“天河一号”巧妙地解决了这个问题。“天河一号”每小时耗电4040度，满负荷运行的总能耗将为4.04兆瓦。如果“天河一号”全部采用CPU而不使用GPU，其满负荷运行的总能耗将增至12兆瓦，李楠说，“省下的8个兆瓦相当于5000个家庭一年的耗电量。”

为了节省电力、减小噪音，“天河一号”二期系统改造了原有的散热方式，在每个机柜外加装了玻璃柜，使原来在整个机房内交换的空气变为在机柜内部交换，将机柜与机房分离，大大降低了能耗。

“天河一号”的绿色环保也得到了国际认可。据国际权威部门测定，“天河一号”是仅次于美国的IBM蓝色基因系统的、世界上能效值最高的超级计算机。

在升级后的“天河一号”二期系统中，自主技术含量也大大增加。”

作为超级计算机的心脏，天河一号的中央处理器首次部分采用了国防科大自主研制的“飞腾-1000”芯片。虽然其只占全部CPU的一小部分，但其片上并行系统技术已达到国际领先水平。

此外，由于超级计算机的用户多为一些大型企业，运算数据及结果是企业的核心机密，因此安全性也是评价一台超级计算机的重要指标。

“天河一号”采用了国防科大自主研制的、目前国内安全等级最高的“麒麟操作系统”。用户可以在该操作系统中定制自己的私密工作空间，“天河一号”工程主任设计师卢宇彤研究员表示，“就像租用了瑞士银行的保险柜一样，钥匙和密匙只有一套，掌握在用户自己手中，其他用户包括系统管理员都没有权限查看。”