TOP500组织今天公布了第38届全球超级计算机五百强排行榜

TOP500组织今天公布了第38届全球超级计算机五百强排行榜，升级完毕的日本“京”(KComputer)轻松蝉联桂冠，这也是人类历史上第一台计算能力跨越1亿亿次每秒的计算系统。半年前，只建设完成一部分的“京”就轻而易举地将日本带上了超级计算机新王者的宝座，当时的最大性能为8.162千万亿次浮点计算每秒。不同于其它近来表现“猖狂”的高性能计算系统，“京”仍旧完全基于传统处理器，没有使用GPU加速。日本超级计算机“京”日本“京”(KComputer)超级计算机现在的“京”配备了88128颗富士通SPARC64VIIIfx2.0GHz八核心处理器，核心总量705024个，最大计算性能1.051PFlops(10.51亿亿次每秒)，峰值性能1.128038PFlops(11.28亿亿次每秒)，有效率高达93.2％，同时总功耗为12659.9千瓦。“京”将在明年6月完成整个系统的配置，并于同年11月正式开始运用。除用于模拟演算地震、海啸、台风等地球科学及有关宇宙形成的研究外，“京”还将运用于新材料、医药用品、汽车及飞机的研发等工作。日本超级计算机“京”这款新型超级计算机名为“京”，这是全球首款运算速度越过1万万亿次大关的“超级运算机器”。K计算机的性能是使用68,544个SPARC64VIIIfx处理器衡量的，每个处理器配置8个内核，一共有548,352个内核，几乎是其它世界500强超级计算机处理器内核数量的一倍。日本超级计算机“京”超级计算机“京”是在日本文部科学省的监督下研制的，其研究目标直指每秒1万万亿次运算速度大关。在日语中，“京”是一个计量单位，代表1万万亿。该计划原先的设想是由日本本土IT巨头富士通，日立和NEC公司共同承担这项耗资12亿美元的项目，但是在2009年的全球金融危机中，日立和NEC公司先后宣布退出。剩下的富士通公司独力支撑，决心用该公司自己生产的，专为高性能计算机设计的SPARC64VIIIfx芯片进行研制。“京”采用864座机柜，连接超过8.8万块CPU，这些处理器经过设计能够进行联合运算。今年8月份，“京”的最后一座机柜在神户的日本理化研究所安装到位。现在富士通公司终于可以向全世界宣布这一超级计算机领域里程碑式重大事件的完成。日本超级计算机“京”与其它最近发布的超级计算机不同，K计算机没有使用图形处理器或者其它加速器。但是，它使用的是这个排行榜中最强大的和最节能的系统。根据行业通行的Linpack标准，“京”的平均运算速度是其峰值速度的大约93%。日本超级计算机“京”6月份时，它曾以每秒8162万亿次的运算速度排名世界第一。但是恐怕“京”的冠军宝座也坐不了多久，在这个竞争几乎白热化的领域，这是一贯的游戏规则。美国IBM公司和Cray公司目前正在为美国能源部进行2万万亿次超级计算机的研制工作，预计将于明年完成。日本超级计算机“京”这台超级计算机将安装在神户的日本理化学研究所(RIKEN)。日本超级计算机“京”当建造完成时，这台超级计算机的运行速度将达每秒10千万亿次浮点运算。富士通此次并未给出京的耗电量水平数据，但是根据它在今年6月份达到每秒1000万亿次运算水平的时候，其实测功率约为9.89兆瓦，也就是大约每年989万美元的用电费用。中国“天河一号A”屈居亚军中国的“天河一号A”依然位列亚军，性能上完全不变，最大性能只有“京”的24.4％。事实上，除了一路狂奔的“京”之外，从第二名到到第十一名都没有丝毫变化。这种沉寂在高性能计算历史上实属罕见，TOP500总编辑ErichStrohmaier也表示：“自从1993年我们第一次发布(超算)排行榜以来，这是第一次前十名纹丝不动。”天河一号A其实就这这一排排的机柜从官方公布的资料来看，“天河一号”在结构上包括了的硬件系统包括计算阵列、加速阵列、服务阵列，以及互连通信子系统、I/O存储子系统和监控诊断子系统等。而在具体参数上，这款超算计算阵列有2560个计算结点，每个计算结点集成2个IntelCPU，配32GB内存；服务阵列配备了512个服务结点，每个服务结点含2个IntelEPCPU、32GB内存；加速阵列使用了2560个加速结点，每个加速结点含2个AMDGPU、2GB显存。中国“天河一号A”而除此之外，“天河一号”采用两级InfinibandQDR互，单个通信链路的通信带宽为40Gbps、延迟1.2μs的互联通信子系统，磁盘容量1PB的I/O存储子系统，另外其好配备有采用分布式集中管理结构，实现全系统的实时安全监测、系统控制和调试诊断等功能的监控系统。除了硬件之外，作为一款超级计算机，没有软件系统的支撑其很难发挥自身的潜力，因此“天河一号”也配备了功能完善的软件系统。“天河一号”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四部分组成。中国“天河一号A”操作系统：操作系统采用64位Linux，面向高性能并行计算、支持能耗管理、虚拟化和安全隔离等进行了针对性设计。编译系统：支持C、C++、Fortran77/90/95、Java语言，支持OpenMP、MPI并行编程，提供异构协同编程框架，高效发挥CPU和GPU的协同计算能力。资源管理：提供全系统资源统一视图，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并行程序开发环境并行程序开发环境提供一体化图形用户界面，支持应用程序的调试和性能分析。在“天河一号”的身上，我们可以找到不少的兴奋点，不仅仅是高达千万亿次的峰值运算性能，更有CPU+GPU的异构设计，近年来，GPU得到了高速的发展，其适合于并行数值计算的特性使得高性能计算领域对其一直看好，而在此基础上发展起来的GPGPU(General-purposecomputingongraphicsprocessingunits)更是由于强大的并行处理能力和可编程流水线使得其在面对单指令流多数据流（SIMD）且数据处理的运算量远大于数据调度和传输的需要时能够取得远超传统CPU的性能，这一点在“天河一号”上就体现的非常明显。2009中国超算排行榜TOP10从上面的配置图中我们可以看到，“天河一号”的加速系统使用了2560块AMDRadeonHD4870X2显卡，5120颗运行在575MHz的RV770GPU，每颗GPU拥有1GBGDDR5内存。575Mhz下的4870X2理论双精度浮点能力为0.575*2*800/5*2=368Gflops，2560片能提供942.08TF的理论双精度运算能力，而根据官方提供的46.7%的系统效率以及563100.00Gflops的Linpack值，我们不难得出“天河一号”的理论运算值为563100.00/0.467≈1205781.58Gflops，这也基本就是官方公布的系统峰值，两者相除我们不难看出GPU在整个系统中提供了78%的运算能力。而剩下的5120颗至强E5540与1024颗至强E5450所提供的理论运算能力仅为2.53*4*4*5120+3.0*4*4*1024=255680.96Gflops。GPU强大的并行运算能力从这里可以看的一清二楚，而这一点也完全可以从GPU与CPU的对比中看得非常清楚，CPU由于架构的原因以往一直都通过提升制程工艺和主频上来下手，但这迟早会遇到壁垒，而于此同时GPU却的性能以每年2.8倍的速度增长。而在CPU与GPU的性能比较方面，如果说CPU一条单车道公路，一次只能走一辆车的话，GPU就是拥有多个车道的高速公路，正式大量并行的结构使得其在浮点运算方面拥有了非常块的速度，而在GPU基础上发展起来的GPGPU（通用图形处理器）很好地继承了这一优点，其具有比CPU高一个数量级的浮点性能，因此在注重运算速度高性能领域被格外看好。世界超算前十名排行榜名称及运行速度（千万亿次/秒）下面我们来关注一下世界超级计算机前十名的名称及运行速度，日本“京”和中国的“天河一号”上面有提到，这里就不赘述了。1日本“京”10.512中国“天河一号”2.573美国“美洲豹”1.759Cray美洲豹超级计算机CrayXT5-HEOpteronSixCore2.6GHz内核数224162个，实测运算速度1759000GFLOPS，理论峰值运算速度2331000GFLOPS，Cray美洲豹隶属于美国能源部，坐落于美国橡树岭国家实验室。说到橡树岭国家实验室，作为“曼哈顿计划”的一部分，（曼哈顿计划就是美国于1942年利用核裂变反应研制原子弹的计划。曼哈顿计划成功实施后为美国留下了巨大的财富——洛斯阿拉莫斯国家实验室和橡树岭国家实验室）最近的项目是将建设核能创新中心。说到橡树岭国家实验室，作为“曼哈顿计划”的一部分，（曼哈顿计划就是美国于1942年利用核裂变反应研制原子弹的计划。曼哈顿计划成功实施后为美国留下了巨大的财富——洛斯阿拉莫斯国家实验室和橡树岭国家实验室）最近的项目是将建设核能创新中心。橡树岭国家实验室美国能源部于5月28日宣布，为激励创新和实现清洁能源突破，由橡树岭国家实验室领导的团队将获得1.22亿美元的支持，目的是在五年内建立和运营一座核能建模与仿真能源创新中心。该中心的人员将来自大学、产业界和其他国家实验室，将利用世界上性能最先进、功能最强大的美洲豹超级计算机，推动核反应堆在设计和工程方面的重大飞跃。我们怎样才能对全球气候变化有更为准确的把握？可以看一看当今用于监控大气环境的一些先进仪器。在从美国联邦政府经济刺激计划中获得1990万美元的升级经费以后，“美洲豹”XT5系统的运算速度最终达到1.759千万亿次，一举成为当今世界上最快的超级计算机。这台世界上最快的超级计算机致力于解决可能拯救世界的科学难题——气候变化、可再生能源等，而不是用以提升核武器的性能。“美洲豹”XT5系统由美国国家科学基金会出资、Cray公司建造，田纳西大学和国家计算科学研究院共同拥有。美洲豹的科学应用在已经披露过的美洲豹超级计算机的科学应用中，上图从左到右从上到下依次为：1：极端气候模拟。2：超新星研究。3：生命和半衰期。4：从光合作用到新燃料5：聚变加速6：模仿火山爆发应激气候橡树岭国家实验室负责科学技术的副主任汤姆斯·撒迦利亚(ThomasZacharia)表示：“这表明科学确实极为重要，尤其是在解决我们当前面临的最大一些挑战时，重要性更加凸显。‘美洲豹’XT5系统正处于先进的气候变化科学和能源技术政策的交界处。”4中国“星云”1.271星云的核心部件采用了曙光公司自主研发的最新一代刀片服务器曙光TC3600，是全球第一款同时支持HPCSC（中国电子工业标准化协会－高性能计算机标准工作委员会）并兼容SSI国际开放性标准的刀片服务器系统，实现了我国刀片服务器产品的标准化。“星云”系统还应用了曙光自主研发的QDRIfiniband高速交换模块（HSSM）、大规模系统管理和调度系统（Gridview）、高性能计算机安全系统（NiKey）等多项领先技术，使曙光“星云”成为中国自主可控高性能计算机系统。曙光“星云”是中国第一台面向未来“云计算”环境设计的超级计算机系统，强调系统的均衡设计和资源动态调度能力，将成为我国新一代超级云计算中心建设的主力机种。。“星云”系统实测峰值达每秒1271万亿次(每秒执行1271万亿条指令)，使其成为亚洲和中国第一台、世界第三台实测性能超千万亿次的超级计算机。国内外典型超算对比星云采用了自主设计的HPP体系结构、高效异构协同计算技术，高效易用的编程环境，极大方便用户操作应用。采用全冗余设计，无单一故障点，在对系统Linpack（国际标准的超级计算机测试方法）测试中，“星云”表现出它的极高稳定性和可靠性。在对单柜测试得出，“星云”单柜峰值高达25.7TFlops，成为国内同类系统单位面积计算峰值最高的计算机。每瓦能耗实测性能超过4.98亿次，成为目前是国内最绿色的超级计算机。5日本“燕子2.0”1.192燕子2.0（Tsubame2.0）该电脑位于日本东经工业大学，速度比日本原先最快的、由日本原子能机构所有的超级电脑快12倍。主要提供给日本大学研究和小部分独立用户使用，该电