中国超算再夺世界第一！天河2号详解

NBA · 发表于 2013-6-18 06:44:13

在德国莱比锡举行的2013年国际超级计算大会上，第41期全球超级计算机500强排行榜今天正式公布，中国的天河2号(Tianhe-2)成功登顶。这也是继2010年11月的天河1A夺魁之后，中国重返超算性能世界第一！(不过天河1A这次再次下滑两名，排到了第十)
曾在5月份参观了天河2号系统的TOP500编辑Jack Dongarra表示，这套系统值得人们尊重。他说：“这套系统的大部分功能都是中国研发的，只使用了Intel作为主计算部分。互连网络、操作系统、前端处理器、软件都是中国自己的。”

天河2号由国防科技大学研发，正在广州国家超级计算中心进行部署，为华南地区的教育和研究机构提供高性能计算服务。
它由1.6万个浪潮节点组成，每个节点有两颗Ive Bridge-E Xeon E5-2692 2.2GHz 12核心处理器、三块Xeon Phi 31S1P 57核心协处理计算卡，总计3.2万颗处理器、4.8万个计算卡，总的计算核心数量为312万个。
此外还有4096个FT-1500前端处理器，这是国防科技大学为天河1号研发的，SPARC V9架构，16核心，40nm下频率可达1.8GHz，功耗65W。
性能方面，Linpack峰值浮点计算能力为54902.4TFlops(54.9PFlops)，也就是每秒钟5.49亿亿次，而最大计算能力为33862.7TFlops，亦即接近3.4亿亿次每秒。(E5-2692单颗浮点性能0.2112TFlops、Phi 31S1P单块浮点性能1.003TFlops)
这套超算还有1PB系统内存(每节点64GB)、12.4PB外部存储、TH Express-2专用高速互连网络(13台交换机/每台576个端口/NRC AISC控制器)，操作系统是国产的麒麟Linux，编译器icc，数学库Intel MKL-11.0.0，MPI并行编程采用MPICH2加定制GLEX通道。
整套系统功耗为17808千瓦，虽然很高，但因为性能也非常突出，能耗比达到了1.9GFlops/W(19亿次计算每秒每瓦特)，也算是属于世界先进行列了。半年前最绿色的超算能耗比为2.5GFlops/W，上次性能第一的Titan(泰坦)能耗比为2.1GFlops/W。

说起Titan，推土机Opteron、开普勒Tesla组建的它这半年来没发生任何变化，最大性能还是1.76PFlops，沦落到第二名。从性能上对比，天河2号相当于几乎两套Titan。
一年前的冠军“红杉”(Sequoia)现在排第三，峰值性能没变，但是最大性能从16.32PFlops提高到了17.1732PFlops，看起来是对执行效率进行了优化，深入挖掘了计算潜力，值得学习。
日本“京”是一年半前的头名，现在位列第四，本身没有任何变化。
第五名“Mira”也是老面孔，但是和红杉一样提高了最大性能，现在有8.5866PFlops，比之前高了5.2％。
再往后的“惊跑”(Stampede)也不是新来的，但排名比半年前高了一位。它和天河2号一样是Xeon、Xeon Phi的搭配组合，但是这半年来又增加了不少协处理计算单元，核心数量增加1.57倍而有462462个，最大性能几乎翻了一番，目前为5.17PFlops。
除了天河2号，另外惟一一个进入TOP10的是美国国防部、国家核安全局、劳伦斯利弗莫国家实验室的“Vulcan”(火神)，基于IBM蓝色基因/Q，采用Power BQC 1.6GHz 16核心处理器，峰值性能4.3PFlops。半年前还位列第65。
前十名中美国占了半壁江山，中国、德国各有两套，日本一套。第11名的“Pangea”是第一次出现在排行榜上，来自法国，SGI Altix X系统，Intel Xeon E5-2680八核处理器，110400个核心，最大性能2.566PFlops。

本届排行榜其它要点：
1、已经有26套系统的最大性能迈入了PFlops(每秒千万亿次)级别，半年增加3套。
2、第一名天河2号、第六名Stampede都使用了Intel Xeon Phi协处理器，证明了这种架构的巨大潜力。第二名Titan、第十名天河1A都使用了NVIDIA Tesla加速卡。
3、总共有54套系统使用了加速器/协处理器(NVIDIA Tesla 39套、AMD Radeon 3套、Intel Xeon Phi 7套)，比半年前少了8套，这似乎也是第一次出现倒退，证明传统CPU仍然是高性能计算的绝对主力。
4、中国上榜超算66套，之前两次分别为72套、68套，基本保持温度，而且始终仅次于美国位列世界第二(日本30套/-2)。有了天河2，中国不但在数量上，性能上也超越日本，成为世界第二。
5、Intel处理器还是绝对主流，份额高达80.4％。
6、88％的系统所用处理器拥有六个或更多核心，67％的不少于八核心。
7、IBM蓝色基因/Q依旧是最抢手的集群，第3、5、7、8名都是基于它的。
8、500强门槛现在达到了96.6TFlops，比半年前的76.5TFlops猛增了26.3％。
9、现在的最后一名半年前还能排322。换句话说，上次的500强里有178套都被“淘汰”了，只不过前十名波澜不够大。
10、500套系统总性能223PFlops，比半年前的162PFlops增长了37.6％，比一年前的123PFlops则增长了81.3％。天河2一套就占了总性能的24.6％，几乎五分之一啊！
11、美国252套占了一半还多，比上次有多了2套。欧洲112套，比上次增加7套，还是不如亚洲119套(少了4套)。
12、英国、法国、德国分别有29、23、19套。
完整榜单(Excel)：
http://s.top500.org/static/lists/2013/06/TOP500_201306.xls
完整榜单(XML)：
http://s.top500.org/static/lists/xml/TOP500_201306_all.xml
以下图片来自eNet：