顶级总结机究竟为啥方神圣

提及一流计算机,明白它的用户会很自然的想到TOP500榜单:最新顶级总结机TOP500榜单上,位于美国能源部橡树岭国家实验室的风行一流计算机“泰坦”,以17590
TFlop/s的演算速度争夺第一,使得一流总计机霸主地位自中国“天河一号”,到东瀛“京”(K
Computer)再度回归美利坚合众国。

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对于一级总括机来说,高性能计算的暗中并非简单产品上的比拼,而是国家音信化安全和实力的下手,然而对于普通老百姓来说,一流统计机究竟为什么方神圣?与个人电脑相比较,在运算速度上动辄以百万亿、千万亿次来总括的一级总结机,和新闻化建设、常常生活有何样关系?作者将打开顶级计算机“大门”,为大家介绍你所不了然的极品总结机(Super
computer)。

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超算维基百科

从维基百科领悟,一级统计机(Super
computer),相比较PC规格与性能更是强大,可以实施一般个人电脑不可以处理的雅量与高速运算的电脑。“拔尖总结”这名词第三回出现是在“纽约世界报”于1929年有关IBM为哥伦比亚共和国大学修建大型报表机的简报。

1960年代,顶尖总括机由希穆尔(Moore)·克雷(Seymour Cray)在Control Data
Corporation里布置出来并当先市场直到1970年份克雷创设自己的店堂“克雷探究”(Cray
Research)。更加注意的是,随着时代发展一级总计机的CPU数量成倍提高,数以万计的处理器应用并行计算。

简析一流总结机的野史

1970年份,大部分极品统计机就早已从标量处理器发展到矢量处理器,很多是新进者自行开发的跌价处理器来占领市场。1980年份早期,业界伊始倒车大规模并行运算系统,这时的极品计算机由许多的常见电脑所构成。1980年份中叶,将卓殊的矢量处理器(一般由8个到16个差异)联合起来进行并行总计成为通用的不二法门。1990年份未来到21世纪初,一级统计机则根本由基于精简指令集(RISC)的处理器互联举办并行总结而实施。

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至上计算机时间轴

截至到二零一二年十一月,隶属于美利坚协作国能源部的橡树岭国家实验室将美洲虎改装为“泰坦”(Titan)成为世界上运算速度最快的特级总结机,夺取上一届由IBM为花旗国Lawrence·利弗莫尔(Moll)国家实验室研发的Sequoia,它每秒能做到1.6亿亿次运算。

来来往往的特等计算机

二零一零年二月,中国研制的第一台千万亿次至上总结机在长江夏洛特亮相,全系统峰值性能为每秒1.206PFlops,是当下世界上最快的特等总计机。天河一号的研制成功使中国变为继美利坚合营国之后世界上第四个可以研制千万亿次至上统计机的国度。

二零零六年十月,IBM的Roadrunner成为当下最快的极品电脑,运算能力为1.105PFlops。

二零零六年7月16日,米国Cray超级电脑公司推出Jaguar体系,运算能力为1.059PFlops,选用45376颗十双焦点的Opteron处理器,362TB的存储器,传输总带宽284GB/Sec,硬盘容量当先10PB,内部的数目总线带宽532TB/Sec。那台统计机将停放在美国的国度连忙电脑主题,并绽放给各界有须求的团伙申请使用。

二〇〇七年10月,IBM的Blue Gene/L,运算能力为478.2
TFlops,安装了32768个总结机。它是PowerPC架构的改动版本,正式运转版本被推出到很多地址,包涵罗兰(Roland)士利物摩亚国家实验室(LawrenceLivermore National Laboratory)。

在Blue
Gene/L之前,最快的极品总计机是日本电气株式会社在横滨地球科学学院的地球模拟器。它由640个越发企划的8阶矢量处理器根据NEC
SX-6架构所组成的会师,使用UNIX的修改版本。

在地球模拟器此前,最快的一流统计机是美利坚协作国加州罗兰(Roland)士利物摩亚国家实验室的ASCI
惠特e,它的季军地点维持了2.5年。

超算机的硬件与架构

从一流总计机设计架构上,相比1960年间希Moore·克雷(Seymour Cray)在Control
Data
Corporation里安插一流总括机有着令人激动的变迁,早期Cray超级计算机依赖于紧凑型的换代设计和有些并行总计来兑现独立的盘算峰值性能。但是随着总结能力需求的增高迎来了大规模并行系统。

综观几十年来,一流总结机在硬件配备和架构设计上有了醒目标变通,由数百数千居然到最近数万计的电脑组成,但并不是独自把上万颗处理器“并联”就可以,还要考虑到功效问题,怎样才能丰裕发挥它们的性能。

前天的顶级统计机的性质提高幅度很大,现在是千万亿次计算能力,下一个级是万万亿次。为了更好了解一流总结机到底是何方神圣?作者针对近日世界最快顶级统计机和华夏最快一流统计机硬件和软件配置进行表达,给大家一个直观的影像:

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“泰坦”一流计算机

就“泰坦”一级总计机而言,200个定制的19英寸机柜和18688个统计节点,每个节点由一个16核英特尔Opteron 6274计算机和一个NVIDIA Tesla K20
GPU组成。但系统却更换为新型的Cray XK7总计序列,同时内部陈设也颇为分裂:

利用AMD高性能的皓龙处理器,从原本12主干变为16主干,总的焦点数据从原来的224256个增加到现在299008个;每颗处理器搭配开普勒架构的NVIDIA
Tesla K20高性能总结卡,统计有高达18688个GPU。

“泰坦”系统内存每个节点也有原来的16GB翻番为32GB,而且还有6GB
GDDR5显存,总量从300TB增至710TB;硬盘是由一万块标准的1TB
7200转2.5寸机械盘,总容量10PB。

泰坦的操作系统是Cray Linux Environment,基于SUSE
11。由于超算的大多数做事都是长途执行的,泰坦内部还有几十个10Gbps以太网链接,接入了能源部能源科学网络(ESNET)的100Gbps骨干网内。在峰值浮点性能方面,泰坦超过20PFlops,也就是每分钟可开展2亿亿次总计。

此外,当“泰坦”全速运转的时候,须求花费高达900万沃特t电力,典型负载下也要700万沃·特(W·at)t,而那也是绝无仅有限制它扩展的地点。为了削减供电线厚度,电压是很高的480V而不是地面专业的208V。

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“天河”千万亿次至上统计机

而作为中国最快的特等计算机,“天河一号”由140个机柜组成,由14336颗英特尔六核至强X5670
2.93GHz CPU、7168颗Nvidia Tesla M2050
GPU和2048颗自主研发的八核飞腾FT-1000
CPU。“天河一号”的硬件系统包含总结阵列、加快阵列、服务阵列,以及互连通讯子系统、I/O存储子系统和督查诊断子系统等。

·总计阵列:2560个计算结点,每个统计结点集成2个AMD CPU,配32GB内存。

·加快阵列:2560个加快结点,每个加速结点含2个英特尔 GPU、 2GB显存。

·服务阵列:512个劳务结点,每个服务结点含2个速龙 EP CPU、32GB内存。

·互连通讯子系统:拔取两级Infiniband
QDR互,单个通讯链路的通讯带宽为40Gbps、延迟1.2μs。

·I/O存储子系统:接纳全局分布共享并行I/O系统结构,磁盘总容量1PB。

·监控:采取分布式集中管理结构,完成全系统的实时安全监测、系统控制和调剂诊断等作用。

“天河一号”的软件系统包括操作系统、编译系统、资源管理种类和并行程序开发环境等四有些组成。

·操作系统:操作系统选择64位Linux,面向高性能并行总括、支持能耗管理、虚拟化和平安隔离等开展了针对设计。

·编译系统:匡助C、C++、Fortran77/90/95、Java语言,扶助OpenMP、MPI并行编程,提供异构协同编程框架,高效发挥CPU和GPU的一头总括能力。

·资源管理:提供全系统资源统一视图,已毕多策略资源分配与学业调度,有效加强资源利用率和连串吞吐率并行程序开发环境并行程序开发环境提供完整图形用户界面。

就布局计算而言,作者以为最佳总结机无论从外形,照旧在微机、内存以及硬盘那么些传统硬件方面可以说是以其数量远远大于用户所驾驭的民用电脑,并不是不过把上万颗处理器、内存和硬盘“并联”提供统计性能。而是还要考虑到效能问题,通过立异统计编译和保管平台,以及针对设计的操作系统和网络、加快阵列组成,完成周全的优化集群的系统平台来提供实际计算应用。

超算机的性质与使用

谈及在此之前性能数值,更加多的人相应没有概念,一级统计机“泰坦”,以17590
TFlop/s的运算速度争夺第一名,那几个运算速度代表怎样?一级计算机实测浮点峰值是指Linpack测试值,也就是说在这台机器上运行Linpack测试程序,通过各样调优方法赢得的最优的测试结果。

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历届TOP500超算亚军

里头有实测浮点峰值和申辩浮点峰值,那七个值只是用作衡量机器性能的一个目的,用来注脚机器处理能力的一个标尺和潜能的胸襟。作者尤其直观的通过数值来分析,升级后的“天河-1A”实测运算速度可达每秒2570万亿次,运算能力相当于17.5万台台式机电脑。

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“天河-1A”超级总计机

正如以前谈到的实测浮点峰值和申辩浮点峰值,“天河一号”峰值性能为每秒4700万亿次,实测性能为每秒2570万亿次。那象征,“天河-1A”总计一天的工作量相当于一台家用电脑计算(PC)800年。

此外,“天河一号”的存储量相当于4个国家体育场馆(国图藏书量为2700万册)之和,可以为全国每人储存一张1寸照片。“天河一号”由103台机柜组成,总分量相当于19个神舟飞船。放置“天河一号”须求一个近一千平方米的屋子。

钱柜999登录,对此地点的数值,很多个人会一惊之后问到高性能的揣测能力都拔取于何处?“天河一号”的应用领域格外宽广,在石油勘探、高端装备打造、生物医药、动漫设计、新能源、新资料、工程设计与虚假分析、气象预告、遥感数据处理、金融风险分析等领域都具有普遍的利用前景。

据驾驭,用“天河一号”数值模拟维生素、分子结构,研爆发物医药,地理学家就可以在较长期内从几十万竟然几百万种化学物中筛选出可行的药品化学物,不仅能节省购置实物化合物的雅量资本,而且能大大减少研制周期,那就为疾病的诊治提供了开拓性的不二法门。

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国家一级计算机拉合尔要旨

其余,通过国家顶级总括圣何塞基本,“天河一号”一流计算机与中新卡尔加里(加里(Gary))生态城国家动漫产业示范园正式签署合作共谋,双方合营,立足滨海新区打造全国最大的动漫渲染平台,让滨海新区变成引领中国文化创意产业的先锋区

与中国石油、中国石化、中海油三大石油公司建立合作,在生物医药领域已经改成拉合尔国际生物医药联合商讨院、中科院新加坡药物所、军事教育学科高校、巴黎生命科学钻探所、南开等国内盛名研发机构的一个钱打二十四个结处理平台。

除此以外,与北大地大学、北师大地高校合营,扶助地球环境变化研讨项目;与哈工大、哈工大、中科院等国内聚变研讨单位签署正式合作,开展核聚变能源开发钻探工作。

对待国内超算,传统意义上的极品计算机一般仅使用在机械成立、设计、石油勘探、天气预告以及部队等地点,国外的超算发展更加当先,IBM沃森致力于医疗诊断,“泰坦”一流总括机的研发取得了美利坚联邦合众国能源部的基金支撑,它将重点用以能源、天气变化、
高效引擎、材料及任何科学领域的研商。

但是,作者了然,对于国内超算应用来说,加强本国超级总括机应用型人才储备,完善一流总结机应用的生态环境,从人才、政策、资金等方面多管齐下,丰裕发挥超算对一举两得、社会的推进意义。

透过设置一级总计机应用立异奖励资金,加大应用革新奖励力度。浪潮公司早已开设高性能计算奖励资金,提议以此为基础,呼吁越多的单位和团伙进入进去,扩展股本规模,加大对一级计算机应用创新人才发展推进整个一级统计机行业前行。

超算机离大家有多少路程?

刺探到顶尖总括机的结构设计、性能以及利用,就好像我们看来的更四只和正确商讨互换在协同。但事实上,在和大家生活相关的种种领域都可以看到一级计算机的身形。

对此迅速发展的互联网行业,面对数千万、数亿用户的走访请求,服务器必须有强大的多少吞吐和拍卖能力,高性能服务器每分钟可以处理数千万乃至数亿次服务请求,及时提供用户所要求的新闻和劳务。

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高资产的超算

“马宿迁”一级统计机不仅能同意研讨者预测将来一个世纪内天气是不是会变得更暖,而且仍是可以预言未来十年可能二十年的境况,对给定地区的前途天气情形变化做出类似于实际的估算。

别的,在天气预先报告方面是由一流统计机统计而来。近日世界最高档次可预先报告8天,我国为5至6天。但眼下世界上的一流总括机依旧是心有余而力不足知足天气预告,因为天气预告的总括须求10的18次方也就是每秒百万万亿次的速度,天气预告时效每伸张一天,气象和总结机界须求用力10年。

人才培养带动超算改变生活

正如往日谈到,一流计算机的计量能力不直接面向用户,可是在影视制作和渲染平台运用方面,随着一流计算机的劳务能力的进展,会衍生出一层层总计服务产业并面向个人用户提供服务。

可是,与海外相比较,软件应用上的差异是中国超级总括“短板”,真正完毕利用革新还主要。尤其是缺失健全的行使软环境,具体表现在姿色储备、应用意识、政策导向等地点,更加是姿色欠缺的问题是直接制约我国超算技术升高的瓶颈。

境内超过的高性能总结厂商浪潮与曙光一直从事于人才培育,推动所有高性能计算产业的进化,曙光通过SSC那么些平台为人才作育提供了一种特其余作育方式,即百折不挠以“软件+硬件共同开发、实践与使用结合”为条件、以作育HPC专业人才为目的,强化公司中央创新意识,并透过校对严苛的“曙光服务器专业认证”等路线完毕人才可持续发展。

大潮也不止推向国内高性能产业的升华,曾先后开办了大潮高性能统计立异奖励资金、社团中国第三届博士一级总结机竞技、进行中国高性能总括用户大会、与AMD制造并行总结联合实验室、并再三再四辅助中国大学参加SC、ISC满世界超级计算机大赛,尤其在人才培育方面与清华大学协同举行的“浙大大学—浪潮公司测算地球科学青年人才基金”布置,更为推进国内地球系统科学与高性能总计领域的人才作育和钻井。

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官方网站

经过一多元项目与境内计算机科学方面的妙龄人才与我们联合讨论HPC发展,浪潮在高性能计算应用方面提供平台和软件应用的支撑,更加是快要召开的2013澳大利亚(Australia)学士一级统计机竞技,通过HPC平台的技巧比拼与互换,为国内高性能计算持续升高做出贡献。

有鉴于此,对于一级统计机而言,无论是硬件结构和软件应用的向上,照旧性能不断的飙升,对于普通用户而言并不在陌生。随着世界博士一流统计机等竞赛的加大,让这么些看似高不可攀的“大块头”把“大聪明”普及使用,使得从大学生到行业学者一同拉动顶尖总结机的腾飞,最后帮忙人才在高性能总计的拔取技术软件技术等地点作育,有更进一步的增长和更大空间的前行,从而使得整个神州的高性能计算产业有更好的上扬。

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