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天河二號

天河二號（簡稱：TH-2），是一組由中國人民解放軍國防科技大學研製的異構超級計算機，為天河一號超級計算機的後繼。天河二號的組裝和測試由國防科技大學和浪潮集團來負責，於2013年底入駐位於廣東省廣州市的中山大學廣州校區東校園內的國家超級計算廣州中心並進行驗收，2013年底交付使用後對外開放接受運算專案任務，用於實驗、科研、教育、工業等領域。[2]天河二號造價達一億美元，[3][4]整個系統佔地面積達720平方米。[5]天河二號於2013年6月起至2016年6月之前，為世界上最快的超級計算機[6]。目前，天河二號由國防科技大學和中山大學共同使用和維護。不過樹大招風，美國以擔心「天河二號」進行核子研究為由，禁止英特爾出口芯片給中國，此後中國展開了自主設計道路。[7]

天河二號
Tianhe-2 in National Supercomputer Center in Guangzhou
啟用時間2013年
承建商國防科技大學、浪潮集團、「863計劃」以及「核高基」
作業管理者國家超級計算廣州中心
置放地點 中國廣東省廣州市
中山大學廣州校區東校園
架構英特爾處理器Xeon E5-2692 v2，
英特爾Xeon Phi協處理器/運算加速卡，
國產飛騰處理器1500[1]
麒麟作業系統
最大消耗功率17.6MW （整機附帶散熱系統時為24MW）
容積、佔地面積720平方米
內部存儲器1,375TiB （1,000TiB為系統記憶體，375TiB為協處理器獨占）
外部存儲器12.4PB
運算速率54.9PFLOPS（理論峰值）
33.86PFLOPS（實際峰值）
造價一億美元
用途科學研究

硬體配置 編輯

天河二號的型號為TH-IVB-FEP，使用中央處理器神威太湖之光及協處理器天河二號的運算架構佈局：[8][2][9][10]

天河二號共有16,000個運算節點，每節點配備兩顆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協處理器，共312萬個計算核心。

處理器 編輯

  • 中央處理器為英特爾提供的，運作時脈為2.2GHz的Xeon E5-2692v2 12核心處理器，基於英特爾Ivy Bridge微架構（Ivy Bridge-EX核心），採用22納米製程，峰值效能0.2112TFLOPS。
  • 運算加速使用基於英特爾集成眾核架構的Xeon Phi 31S1P協處理器，運行時鐘頻率為1.1GHz，擁有57個x86核心（實際上擁有61個核心，因啟用全部核心時會存在運算周期協調衝突之問題，因此先遮蔽4個x86核心），每個x86核心藉由特殊的超執行緒技術能運作4個線程，產生峰值效能為1.003TFLOPS。
    • 基於美國商務部限制中國的超算購買使用Xeon Phi的考慮，2017年開始使用自主研發的Matrix-2000代替Xeon Phi作為協處理器的升級計劃。[11][12][13]

存儲器 編輯

  • 內存
    • 每個節點擁有64GiB主存，而每個Xeon Phi協處理器板載8GiB內存，故每節點共88GiB內存，整體總計內存1,375TiB (1.34PiB)。
  • 外存

主板、機架、機櫃、運算陣列 編輯

  • 主板、機架與機櫃均由浪潮集團製造，共有170個機櫃，每個機櫃容納4個機框，每個機框容納16塊主板，每個主板設置有兩個計算節點。每個機櫃還裝有負載指示燈，根據機櫃內主機的運算負載變更發光二極管的發光顏色。[14]
    • 各運算陣列中，每塊主板上分為APU模組和CPM模組兩部分，APU部分承載5塊Xeon Phi，CPM部分承載1塊Xeon Phi+4顆Xeon E5。
    • APU模組和CPM模組之間以CPU內部提供的PCI-E 3.0 16x介面進行連接，但實際由於Xeon Phi的硬體限制，僅支援至PCI-E 2.0 16x，單通道資料傳輸速率為10Gbps。

前端處理器 編輯

  • 計算節點前端處理器為4096顆中國國防科技大學研發的FT-1500 16核心SPARC V9架構的處理器，40奈米製程，運作時脈1.8GHz，熱設計功耗65瓦，峰值效能144GFLOPS。主要作運算任務排程管理之用。

連接性 編輯

  • 其高速互聯架構使用光電混合傳輸技術（Optoelectronics Hybrid Transport Technology），以及自製的TH Express-2樹形主幹拓撲結構網路連線，以13個大型路由器通過576個連接埠以光電傳輸介質與各個運算節點互聯，控制器名為NRC，使用90奈米製程，單個控制器的資料吞吐量2.56Tbps，終端網路介面使用名為NIC的控制器，以PCI-E 2.0介面連結，資料傳送速率6.36GB/s。

能耗 編輯

  • 整機功耗17.808兆瓦，在搭載水冷散熱系統以後，功耗將達到24兆瓦，無論水冷系統的搭載與否，都是目前TOP500裡功耗最大的。尚未全速運行時一年的用電費用就高達1億元人民幣，全速運行的話更高達1.5億元。[15]
  • 電源管理附帶綜合化能耗控制技術，也由國防科技大學負責開發。
  • 以6月17日公佈的數據推算，每瓦效能為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。

軟體支援 編輯

  • 麒麟作業系統、基於SLURM（Simple Linux Utility for Resource Management，資源管理用單一Linux公用程式）的全域資源管理。
  • 在UbuntuOpenStack上運作的雲端運算系統、Ubuntu Juju雲端服務排程引擎以及基於Ubuntu Server為中國客制的Kylin Cloud Linux作業系統。在2014年5月已分配256個節點運行，未來將擴展至超過6400個節點。[16]

除作業系統以外，均由國防科技大負責開發的並行編程模型與框架、系統容錯設計與故障管理軟體等。

性能 編輯

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），成為當時世界上最快的超級計算機。這個成績於2013年6月17日提交至TOP500。[17]實際上，在早前的運行測試中，僅使用16,000個運算節點中的90%，亦即14,336個節點，LINPACK運算速度就達到30.65PFLOPS的效能水準，超過前任「泰坦」的74%。[8]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」快近一倍的速度登上榜首。[18][17]

同樣在2013年6月，天河二號以2,061GTEPS（英語：traversed edges per second）的成績在Graph500上排名第六。Graph500是一個對超級電腦的資料密集型運算處理效能進行的一個排行榜，在此榜單上排位第一的是IBM紅杉，成績是15,363GTEPS[19]。

意義及用途 編輯

電機電子工程師學會認為天河二號的落成以及重登TOP500第一「標誌著中國堅定承諾將在超級電腦領域發起一輪軍備競賽」。[20]在當時的TOP500中，中華人民共和國擁有66組超級電腦，僅次於美利堅合眾國的252組系統。[21]TOP500排行榜主要編撰人之一、美國田納西大學計算機學教授傑克·唐加拉對新華社記者說：「『天河二號』是一個非常強大的計算系統，它在第一名的位置上再占據一年時間，我也不會感到驚訝。」[22]

就技術性意見而言，天河二號的工程新聞發言人李楠認為，因為中國大陸自家研發的處理器和英特爾的處理器存在軟體相容性問題，而且兩者之間的效能差距有目共睹，因此運算節點仍不得不使用英特爾的處理器，而並行運算系統也需不時地進行最佳化改進。[3][4]

天河二號投入使用後將用於科學研究、工業設計等目的（包括計算化學[23]、生命科學、材料科學、大氣科學、地球物理、宇宙、經濟學、大型基因組分析組合、基因測序、環境污染治理等等），對外開放接受運算專案任務，主要為中國大陸、港澳地區等地提供高效能運算服務，[24][8]也會與國際上的其它科學研究機構合作並提供運算資源。[25]也會承接來自中華人民共和國政府的一些國家安全資訊的處理任務。[26]

正式運行以後有120多家使用者提供超過300項運算專案，其中有：[25]

參見 編輯

參考文獻 編輯

  1. ^ 超级计算机是探知未知世界的“神器”. [2018-05-20]. （原始內容存檔於2021-01-13）. 
  2. ^ 2.0 2.1 直指超算TOP1 天河2号超级计算机解读. [2013-06-17]. （原始內容存檔於2013-06-11）. 
  3. ^ 3.0 3.1 「天河二號」耗資約1億美元 應用能力與美國差距大 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - 新浪
  4. ^ 4.0 4.1 「天河二號」耗資約1億美元 應用能力與美國差距大 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - 鳳凰網
  5. ^ 天河二號成最快超級計算機 比第二名快近一倍 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - 新華網
  6. ^ 中國超級計算機天河二號重返世界之巔 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館），亞太日報，2013年6月18日
  7. ^ 存档副本. [2021-04-14]. （原始內容存檔於2021-04-26）. 
  8. ^ 8.0 8.1 8.2 中國天河2號超級計算機刷新世界記錄 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - jandan.net 煎蛋
  9. ^ HPC:Full Details Uncovered on Chinese Top Supercomputer. [2013-06-17]. （原始內容存檔於2013-09-28）. 
  10. ^ 天河二號Intel inside 國產CPU僅佔1/8[永久失效連結] - sharpdaily.hk
  11. ^ China’s Tianhe-2A will Use Proprietary Accelerator and Boast 95 Petaflops Peak. HPCwire. 2017-09-25 [2019-04-09]. （原始內容存檔於2020-12-01） （美國英語）. 
  12. ^ Matrix-2000 - NUDT - WikiChip. en.wikichip.org. [2019-04-09]. （原始內容存檔於2019-07-19） （英語）. 
  13. ^ 天河二号A超算升级：国产加速卡取代Intel 性能几乎翻番-超级计算机,超算,天河二号A,国产加速器,Matrix 2000 ——快科技(原驱动之家)--全球最新科技资讯专业发布平台. news.mydrivers.com. [2019-04-13]. （原始內容存檔於2020-01-31）. 
  14. ^ 中國新聞網. “天河二号”超级计算机获核心关键技术突破. [2014-08-26]. （原始內容存檔於2022-03-21）. 
  15. ^ 超级计算机天河二号一年电费1亿. [2014-08-26]. （原始內容存檔於2019-06-06）. 
  16. ^ 驅動之家. 世界第一超算天河二号操作系统:OpenStack云系统. cnbeta. [2014-08-26]. （原始內容存檔於2015-09-23）. 
  17. ^ 17.0 17.1 TOP500 Supercomputer June 2013. [2013-06-17]. （原始內容存檔於2013-06-14）. 
  18. ^ China’s Tianhe-2 Supercomputer Takes No. 1 Ranking on 41st TOP500 List. [2014-08-26]. （原始內容存檔於2016-04-12）. 
  19. ^ The Graph 500 List: June 2013. Graph 500. [June 19, 2013]. （原始內容存檔於2013年6月21日）. 
  20. ^ Davey Alba. China's Tianhe-2 Caps Top 10 Supercomputers. IEEE Spectrum. June 17, 2013 [June 19, 2013]. （原始內容存檔於2013-12-11）. 
  21. ^ June 2013. TOP500. [17 June 2013]. （原始內容存檔於2013-06-14）. 
  22. ^ 中國「天河二號」蟬聯全球最快超級計算機 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館），科學網轉自新華社2013-11-19
  23. ^ Chen, Xin; Jørgensen, Mathias S.; Li, Jun; Hammer, Bjørk. Atomic Energies from a Convolutional Neural Network. Journal of Chemical Theory and Computation. 2018-06-13. ISSN 1549-9618. doi:10.1021/acs.jctc.8b00149 （英語）. 
  24. ^ 中國新聞網. 天河二号峰值计算速度每秒5.49亿亿次. [2014-08-26]. （原始內容存檔於2019-06-09）. 
  25. ^ 25.0 25.1 新華社. 天河二号获世界超算“三连冠”. cnbeta. [2014-08-26]. （原始內容存檔於2014-08-27）. 
  26. ^ Dongarra, Jack. Visit to the National University for Defense Technology Changsha, China (PDF). Netlib. June 3, 2013 [June 17, 2013]. （原始內容存檔 (PDF)於2013-06-12）. 

外部連結 編輯

YouTube上的軍事科技 揭秘「天河二號」超級計算機，始於0分24秒（中文）

紀錄
前任者：
泰坦 		世界最強的超級計算機
2013年6月 – 2016年6月20日 		繼任者：
神威·太湖之光
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