世界上運算速度最快的計算機是天河二號超級計算機。“天河二號”是由國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制的超級計算機系統(tǒng)，以峰值計算速度每秒5.49億億次、持續(xù)計算速度每秒3.39億億次雙精度浮點運算的優(yōu)異性能位居榜首，成為全球最快超級計算機。2014年11月17日公布的全球超級計算機500強榜單中，中國“天河二號”以比第二名美國“泰坦”快近一倍的速度連續(xù)第四次獲得冠軍。2015年5月，“天河二號”上成功進(jìn)行了3萬億粒子數(shù)中微子和暗物質(zhì)的宇宙學(xué)N體數(shù)值模擬，揭示了宇宙大爆炸1600萬年之后至今約137億年的漫長演化進(jìn)程。同時這是迄今為止世界上粒子數(shù)最多的N體數(shù)值模擬。下面就跟360常識網(wǎng)一起具體看看世界上運算速度最快的計算機等相關(guān)內(nèi)容。
組成結(jié)構(gòu)
天河2號由16000個節(jié)點組成，每個節(jié)點有2顆基于Ivy Bridge-E Xeon E5 2692處理器和3個Xeon Phi,累計共有32000顆Ivy Bridge處理器和48000個Xeon Phi,總計有312萬個計算核心。
每個Xeon Phi使用其中的57個核心，而不是使用全部的61個，因為使用61個在運算周期協(xié)調(diào)方面會有問題，而使用57個核心能夠加速4個執(zhí)行線程，并且在每個線程單周期可以達(dá)成4Gflops的運算量，運行在1.1GHz的Xeon Phi可以生產(chǎn)1.003 Tflops的雙精度運算能力。如果考慮CPU,2 Ivy Bridge*0.2112 Tflop/s+3 Xeon Phi*1.003 Tflop/s=3.431 Tflops,2個Ivy Bridge+9個Xeon Phi單個節(jié)點可以有3.431 Tflops運算能力，16000個節(jié)點總計可達(dá)54.9PFlops性能。每個運算節(jié)點有256GB主存、而每個Xeon Phi板載8GB內(nèi)存，因此每個節(jié)點共有88GB內(nèi)存，總計16000個節(jié)點一共有1.404 PB內(nèi)存，而外部存儲器容量方面更是高達(dá)12.4PB.
在每個主板上有2個計算節(jié)點，而每個框架則有16個主板，4個框架組成一個機柜，整個系統(tǒng)由125個機柜組成。每個計算節(jié)點主板分為兩塊，一塊CPU一塊APU,CPU上有4核Ivy Bridge、內(nèi)存和一個Xeon Phi協(xié)處理器,而APU基板上則承載著5個Xeon Phi協(xié)處理器.CPU和APU之間有5個水平插入的鏈接口，由Ivy Bridge內(nèi)置的PCI-E 2.0進(jìn)行連接，雖然Ivy Bridge內(nèi)置為PCI Express 3.0接口，但Xeon Phi僅支持2.0,單個通路為10Gbps帶寬。
計算節(jié)點的前端處理器為4096個FT-1500處理器，F(xiàn)T-1500處理器是由國防科技大學(xué)為天河1研發(fā)，其可以說是天河1項目的最大收獲，其為16核心的Sparc V9架構(gòu)處理器，在40nm工藝情況下運行頻率為1.8Ghz,峰值性能為144 Gflops/s,功耗為65W,但相比英特爾22nm 12核2.2GHz 211Gflops/s性能的Ivy Bridge還是有明顯差距。
天河2互聯(lián)方面采用自主研發(fā)的Express-2內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，其為有13個交換機，而每個交換機有576個端口。連接介質(zhì)為光電混合。具體控制器是名為NRC的ASIC專用目的集成電路，其采用90nm工藝，封裝尺寸為17.16x17.16 mm,共有2577引腳。單個NRC的吞吐能力為2.56Tbps.而在終端方面網(wǎng)絡(luò)接口也采用類似結(jié)構(gòu)的NIC,但規(guī)模稍小，為10.76x10.76 mm,675 pin,其采用PCIE 2.0方式連接，傳輸速率為6.36GB/s.并且在在12000節(jié)點的情況下延遲也很低，僅為85us.
而在計算能力方面，使用14336個節(jié)點總計50GB內(nèi)存進(jìn)行LINPACK測試，理論性能為49.19Pflops,而實際測試性能為30.65Pflops,效率為62.3%.這個效率并不算高，還有很大優(yōu)化提升潛力。當(dāng)然也可能是被Xeon phi僅支持PCI Express 2.0帶寬不足限制。
上面測試使用了16000個節(jié)點中的14336個，運用了90%的規(guī)模，基本可以代表天河2的整體性能表現(xiàn)。天河2的性能部件（處理器、內(nèi)存、互聯(lián)）整體功耗為17.6MW,而整體的運算能力為30.65PFlops,這樣計算每瓦的性能為1.935Gflops,這個性能/功耗比可以排在超算TOP500的前五，其整體性能/功耗比十分出色。
系統(tǒng)的整體功耗為17.6 MW,并且這個功耗還不包括水冷這樣的散熱系統(tǒng)，如果考慮上整體功耗將高達(dá)24MW,廣州國家超算中心將采用城市供水系統(tǒng)構(gòu)建高散熱效能的冷卻系統(tǒng)，有能力可以提供80KW系統(tǒng)的散熱能力。
天河二號超級計算機系統(tǒng)由170個機柜組成，包括125個計算機柜、8個服務(wù)機柜、13個通信機柜和24個存儲機柜，占地面積720平方米，內(nèi)存總?cè)萘?400萬億字節(jié)，存儲總?cè)萘?2400萬億字節(jié)，最大運行功耗17.8兆瓦。天河二號運算1小時，相當(dāng)于13億人同時用計算器計算一千年，其存儲總?cè)萘肯喈?dāng)于存儲每冊10萬字的圖書600億冊。相比此前排名世界第一的美國“泰坦”超級計算機，天河二號計算速度是“泰坦”的2倍，計算密度是“泰坦”的2.5倍，能效比相當(dāng)。與該校此前研制的天河一號相比，二者占地面積相當(dāng)，天河二號計算性能和計算密度均提升了10倍以上，能效比提升了2倍，執(zhí)行相同計算任務(wù)的耗電量只有天河一號的三分之一。
技術(shù)參數(shù)
型號
天河二號型號為TH-IVB-FEP
處理器
16,000個運算節(jié)點，每節(jié)點配備兩顆Xeon E5 12核心的中央處理器、三個Xeon Phi 57核心的協(xié)處理器（運算加速卡）。累計32,000顆Xeon E5主處理器和48,000個Xeon Phi協(xié)處理器，共312萬個計算核心。
中央處理器為英特爾提供的，運作時鐘頻率為2.2GHz的Xeon E5-2692 V212核心處理器，基于英特爾Ivy Bridge微架構(gòu)（Ivy Bridge-EX核心），采用22納米制程，峰值性能0.2112TFLOPS。
運算加速上，使用基于英特爾集成眾核架構(gòu)的Xeon Phi 31S1P協(xié)處理器，運行時鐘為1.1GHz，每個使用61個核心中的57個（因為使用61個會存在運算周期協(xié)調(diào)問題），每核心籍由特殊的超線程技術(shù)能運作4個線程，產(chǎn)生峰值性能為1.003TFLOPS。
前端處理器
計算節(jié)點前端處理器為4096顆FT-1500 16核心SPARC V9架構(gòu)的處理器，40納米制程，運作時鐘頻率1.8GHz，熱設(shè)計功耗65瓦，峰值性能144GFLOPS。
存儲
內(nèi)存
每個節(jié)點擁有64GB主存，而每個Xeon Phi協(xié)處理器板載8GB內(nèi)存，故每節(jié)點共88GB內(nèi)存，整體總計內(nèi)存1.408PB。
外存
12.4PB容量的硬盤陣列
主架
主板、機架與機柜均由浪潮集團(tuán)制造，共有125個機柜，每個機柜容納4個機架，每個機架容納16塊主板，每個主板設(shè)置有兩個計算節(jié)點。每個機柜還裝有負(fù)載指示燈，根據(jù)機柜內(nèi)主機的運算負(fù)載變更發(fā)光二極管的發(fā)光顏色。
每塊主板上分為APU模塊和CPM模塊兩部分，APU部分承載5塊Xeon Phi，CPM部分承載1塊Xeon Phi+4顆Xeon E5。
APU模塊和CPM模塊之間以CPU內(nèi)部提供的PCI-E 3.0 16x接口進(jìn)行連接，但實際由于Xeon Phi的硬件限制，僅支持至PCI-E 2.0 16x，單通道數(shù)據(jù)傳輸速率為10Gbps。
連接
使用光電混合傳輸技術(shù)（Optoelectronics Hybrid Transport Technology），使用自制的TH Express-2主干拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)連接，以13個大型路由器通過576個連接端口以光電傳輸介質(zhì)與各個運算節(jié)點互聯(lián)，控制器名為NRC，使用90納米制程，單個控制器的數(shù)據(jù)吞吐量2.56Tbps，終端網(wǎng)絡(luò)接口使用名為NIC的控制器，以PCI-E 2.0接口鏈接，數(shù)據(jù)傳送速率6.36GB/s。
操作系統(tǒng)
麒麟操作系統(tǒng)、基于SLURM（Simple Linux Utility for Resource Management，資源管理用單一Linux公用程序）的全局資源管理。
Ubuntu Linux。（Ubuntu OpenStack運行在256個高性能節(jié)點上，而且在接下來的數(shù)月將會增長至超過6400個節(jié)點。OpenStack和Ubuntu的編制工具Juju都將運行在天河二號上，使國防科技大學(xué)的合作伙伴和聯(lián)盟機構(gòu)能夠快速部署和管理高性能云環(huán)境）
能耗
整機功耗17,808千瓦，在搭載水冷散熱系統(tǒng)以后，功耗將達(dá)到24兆瓦，無論水冷系統(tǒng)的搭載與否，都是目前TOP500里功耗最大的。天河二號電費每年達(dá)1億人民幣。
以6月17日公布的數(shù)據(jù)推算，每瓦性能為1.901GFLOPS，仍不及泰坦的每瓦2.143GFLOPS和IBM紅杉每瓦2.177GFLOPS的成績，但比"京"的每瓦0.830GFLOPS每和天河一號每瓦僅0.668GFLOPS都要高不少。
主要特點
天河二號是當(dāng)今世界上運算速度第二快的超級計算機，綜合技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平。
它有五大特點：一是高性能，峰值速度和持續(xù)速度都創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄；二是低能耗，能效比為每瓦特19億次，達(dá)到了世界先進(jìn)水平；三是應(yīng)用廣，主打科學(xué)工程計算，兼顧了云計算；四是易使用，創(chuàng)新發(fā)展了異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)，提高了軟件兼容性和易編程性；五是性價比高。
主要性能
2013年6月，天河二號以峰值速度（Rpeak）每秒54,902.4TFLOPS（萬億次浮點運算）、持續(xù)速度（Rmax）33,862.7TFLOPS，超越泰坦超級計算機（Rpeak 27,112.5TFLOPS，Rmax 17,590.0TFLOPS），成為當(dāng)今世界上最快的超級計算機。這個成績于2013年6月17日提交至TOP500。實際上，在早前的運行測試中，僅使用16,000個運算節(jié)點中的90%，亦即14,336個節(jié)點，LINPACK運算速度就達(dá)到30.65PFLOPS的性能水準(zhǔn)，超過前任“泰坦”的74%。國際TOP500組織2013年11月18日公布了最新全球超級計算機500強排行榜榜單，“天河二號”以比第二名美國的“泰坦”快近2倍的速度登上榜首。
同樣在2013年6月，天河二號以2,061GTEPS的成績在Graph500上排名第六。Graph500是一個對超級電腦的數(shù)據(jù)密集型運算處理性能進(jìn)行的一個排行榜，在此榜單上排位第一的是IBM紅杉，成績是15,363GTEPS。
“天河二號”的系統(tǒng)存儲總?cè)萘肯喈?dāng)于600億冊每冊10萬字的圖書。假設(shè)每人每秒鐘進(jìn)行一次運算，“天河二號”運算一小時，相當(dāng)于13億人同時用計算器算上1000年。
應(yīng)用領(lǐng)域
天河二號已應(yīng)用于生物醫(yī)藥、新材料、工程設(shè)計與仿真分析、天氣預(yù)報、智慧城市、電子商務(wù)、云計算與大數(shù)據(jù)、數(shù)字媒體和動漫設(shè)計等多個領(lǐng)域，還將廣泛應(yīng)用于大科學(xué)、大工程、信息化等領(lǐng)域，為經(jīng)濟社會轉(zhuǎn)型升級提供重要支撐。
天河二號逐步在生命科學(xué)、材料科學(xué)、大氣科學(xué)、地球物理、宇宙、經(jīng)濟學(xué)，以及大型基因組組裝、基因測序、污染治理等一系列事關(guān)國計民生的大科學(xué)、大工程中“大顯身手”。此外，國家超算廣州中心積極推動國際交流與合作，利用天河二號為國外研究機構(gòu)提供高性能計算服務(wù)。
據(jù)悉，科技部近年不斷加大對超算應(yīng)用軟件研發(fā)的投入。“十二五”以來的相關(guān)研發(fā)投入已超過2億元。預(yù)計“十三五”期間投入將進(jìn)一步加大。
根據(jù)該專項“面向大規(guī)模科學(xué)計算的高性能多核CPU”課題計劃安排，2011年中國將采用FT-1500CPU構(gòu)建全自主國產(chǎn)千萬億次計算機——“天河二號”。
借助天河二號的“計算神功”，國產(chǎn)C919大型客機開展了高精度外流場氣動計算；中科院上海藥物研究所開展了75萬個小分子化合物的結(jié)合親和力評估，完成了600多個各類藥物的體內(nèi)外活性測試評價。天河二號適配了廣州市電子政務(wù)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和云盤存儲系統(tǒng)等，為智慧城市建設(shè)搭建高效可靠的承載平臺……
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