1.天河二号诞生

　　天河二号是国家科技部“十二五”863重大项目立项研制的项目，国防科技大学牵头进行了研发工作。近300人的研发团队从2011年开始，历时两年多才研制完成。

　　在天河二号之前，国防科技大学的团队曾在2010年研制出了天河一号，并首次让中国超级计算机站到了世界冠军的领奖台上。

　　然而，仅仅过了不到8个月，日本一台名为“京”的超级计算机就将天河一号挤下冠军台。之后，美国研制的“红杉”、“泰坦”超级计算机也先后坐上世界第一的交椅，天河一号排名滑落至第8名。

　　实际上，当外界还称赞天河一号夺得世界第一时，天河二号的开发工作已经悄然展开。2013年6月，经过280多人长达2年多的潜心研发，天河二号正式研制成功，并很快夺回超级计算机冠军的宝座。至今，天河二号已经连续3次成为全球最快的超级计算机。

2.天河二号能够做什么

　　天河二号历时两年多研制完成，耗资上亿美元。如此巨额的投资，最终当然是为了服务国家经济建设，而非只是标榜国家在超级计算机领域的能力已经达到怎样的高度。

　　除了助力探月工程、载人航天等政府科研项目外，天河二号目前已经逐渐应用于民用领域，比如石油勘探、汽车飞机的设计制造、基因测序等。

　　在“天河二号”一排排高大的黑色机柜里，一共装有32000颗主CPU和48000个协处理器，共300多万个计算核心。拥有如此多的计算核心让它的运算速度也非常惊人。

　　据测算，天河二号的峰值计算速度达到每秒5.49亿亿次，而持续计算时的速度每秒可达3.39亿亿次。假设每人每秒钟进行一次运算，“天河二号”运算一小时，相当于13亿人同时用计算器算上1000年。

　　据专家介绍，传统手段研发新车，一般要经过上百次碰撞实验、历时两年多才能完成，而利用天河二号进行模拟，只需3到5次实车碰撞、两个月即可实现。

　　此外，天河二号还可应用于娱乐产业，现在通过超级计算机制作动漫和3D电影已经成为潮流。电影《阿凡达》动漫渲染制作耗时一年多完成。如果用天河二号，仅用1个月就可制作出与《阿凡达》动漫渲染效果相当的影片。

　　中国商用飞机设计有限公司北京研究中心利用约2.4万CPU核开展了大型民机全参数气动优化设计，在天河二号计算6天，完成了其自身计算平台约需2年的工作量，极大地提高了优化工作效率。

　　华大基因互联网支撑与发展中心负责人说，天河二号具有强大的计算能力，以500人规模的全基因组信息关联性分析为例，华大基因利用原有计算机需1年时间，利用天河二号只需3个小时。华大基因是天河一号和天河二号的大商业客户。

　　据该负责人表示，华大基因使用的生物信息软件能迅速在天河二号上运行，不需要再另外进行编程；同时天河二号强大的计算能力，可以快速满足华大基因海量基因数据分析所需的计算资源，节省大量分析时间。

　　截止目前，国家超算广州中心的天河二号在短短几个月的运行中为120多家用户提供了300多项典型应用计算。

　　更为重要的是，天河二号这样的技术实际上可以进行复制。据天河二号主任设计师卢宇彤透露，天河一号和天河二号的技术可以用在规模小一点，用户可以定制的“小天河”超级计算机上。“2010年，天河一号研制成功以后，实际上到2012年，‘小天河’这样的系统已经推广了11套。”

3.能耗难题：年耗电上亿元

　　对于外界对天河二号的耗电量高的质疑，中科院计算所计算机体系结构国家重点实验室研究员张云泉表示，虽然目前天河二号的能耗绝对值很高，但是外界应该看到它的性能也高。　　从目前天河二号来看，计算节点的能耗约为18兆瓦，再加上散热系统的整体能耗在20兆瓦以上。如果正常运行，天河二号每年的电费就会超过1亿元，年耗电量约为2亿度。

　　张云泉的意思是说，外界也应该注意到这一点：天河二号在单位耗能内实现的计算速度更快。

　　目前天河二号的的运算能耗比约为1.90千万亿次/秒兆瓦，落后于计算能力排名第二、第三的“泰坦”和“红杉”，但是远高于排名第四位的日本“京”的 0.83千万亿次/秒兆瓦，也高于排名第五的“米拉”的0.92千万亿次/秒兆瓦。

　　“泰坦”和“红杉”的运算能耗比分别是1.95千万亿次/秒兆瓦和2.17千万亿次/秒兆瓦，运算能耗比略高于天河二号。

　　现如今，天河二号作为世界排名第一的超级计算机，其理论峰值性能超过了5亿亿次/秒，但是距离未来将要实现的100亿亿次/秒目标依然有着不小的差距。

　　目前天河二号拥有1万多个计算节点，未来计划将节点数量增加到3万甚至5万个。但随着节点数量的提升，在管理和能耗方面的问题也将彻底凸显出来。

　　“如果按现在的趋势这样增加下去，100亿亿次/秒的超算系统功耗将达到400兆瓦，肯定是无法接受的。”张云泉告诉新浪科技，国际上公认的100亿亿次/秒的超算标准是，功耗必须控制在20兆瓦内。

　　“实际上，这就要求未来的超算系统能够进行体系结构，硬件、软件和制冷等多方面的创新。” 张云泉说。

4.超算的难题：应用软件缺失

　　计算能力的不断提高是一个重要的课题，但将超级计算机应用起来显然意义更大。

　　中国已经连续四届拿下超级计算机的桂冠，但根据国际TOP500组织今年6月公布的最新全球超级计算机500强排行榜，美国仍然是拥有超级计算机最多的国家，在500强名单中占据233席。中国有76个超级计算机进入最新的500强榜单，位居世界第二。第三位至第六位，分别是日本、英国、法国和德国。

　　目前，我国国家级超算中心主要有天津中心、济南中心、长沙中心、深圳中心以及广州超算中心。这些超算中心承担了超算推广与应用的任务。

　　据行业人士介绍，按运行时间看，国内超算中心的资源利用率普遍都在70%以上，有的甚至超过80%。相比之下，国外超算中心的利用率普遍在60%左右。不过，受限于软件开发和应用支持，国内超级计算机运行时的资源利用率低下。

　　上海超算中心拥有200万亿次计算能力，但是只有20-30%运算任务能够扩展到10万亿次，有20-30%的计算任务能够利用的计算力低于2万亿次。很多计算资源由于应用的问题实际上用不到，造成一定的浪费。

　　对于应用落后的问题，国家863计划“高性能计算机及其核心软件”重大专项总体组组长钱德沛教授曾指出，这主要有三个原因：第一、中国开展超级计算机业务的时间还很短；第二，超级计算人才缺乏；第三，中国软件发展体制存在问题，由于盗版等因素没人愿意进行大型应用开发。

　　据他当时透露，“十一五”期间国家在超级计算机项目上投资了9.4亿元，但是真正用于应用开发的费用还不到1亿元。“应用瓶颈是一个过程问题，未来这个问题还会长期存在。”

5.超级计算机前五名（参考网址：http://www.top500.org/）

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