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国产超级计算机挑战美国垄断 性能全球第七

中国曙光信息产业有限公司最新发布的超级计算机曙光5000A,按照国际通行的计算机运行速度测试标准,它的运算速度超过每秒160万亿次,运算能力相当于世界第七。

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  美国国际商用机器公司(IBM)和美国能源部9日说,美国已研制出新一代全球最快计算机,最大运算速度每秒1000万亿次,比此前全球最快计算机、IBM研制的“蓝色基因/L”快1倍多。

这是在主要由美国垄断的全球超级计算机领域里,中国科学家取得的历史性突破。

6月14日,造价2亿元、每秒峰值运算速度超过200万亿次的超级计算机“魔方”,开始在上海高速运转。

  美国能源部长塞缪尔·博德曼说,这款超级计算机将用于运算全球能源等问题,还将在基础学科研究方面“打开知识新窗口”。

由于芯片供应商推迟供货,曙光5000A错过了上周推出的世界超级计算机500强排位。从性能上比,这台中国造超级计算机仅次于IBM安装在德国尤利希研究中心的一套运算速度居世界第六的“蓝色基因”系统。

这台运算速度世界第十、亚洲第一的超级计算机,经过整整一个月的软硬件安装、上电调试,终于在张江高科技园区投入运行,迎来第一批高性能计算业务。

  6年研发

“根据用户需求,我们采用了AMD(超威半导体公司)的中央处理器(芯片)。AMD这款巴塞罗那型四核处理器供货延期,使我们错过了今年上半年世界500强排名,但是肯定会参加11月的下一次排名。”曙光公司副总裁聂华说。

由此,中国正式迈入了每秒运算速度超百万亿次的计算机时代,一个全新的时代。

  计算机名为“走鹃”,取自新墨西哥州州鸟之名。“走鹃”由IBM和新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验所共同研发,历时6年完成。“走鹃”价值1.33亿美元。

6月中旬在德国德累斯顿举行的世界超级计算机大会公布了世界超级计算机500强最新排名。IBM的产品“走鹃”以每秒1000万亿次的运算速度雄居榜首。

新排名:全球第十快

  “走鹃”眼下放置于IBM位于纽约波基普西的实验室中,占地557平方米,连接光纤长91.7公里。“走鹃”重226.8吨,存储空间80万亿字节。

尽管曙光有意参加11月的排名,但是否仍能排进世界前十却是未知数。超级计算机领域的发展速度飞快,“蓝色基因”在去年11月的排名中还高居世界第二,7个月后就落到第六。

亚洲“运算最快”的计算机长什么样?

  美国《国际先驱论坛报》说,“走鹃”共采用116640个处理器,其中12960个为经过改良的IBM Cell 8核微处理器。

由于采用创新设计和低功耗控制,占地面积约75平方米的曙光5000A满负荷运行时耗电量为700千瓦/时,比世界500强中多数对手要省电得多。

日前,记者来到上海超级计算中心,在中心三期工程的主机房内,见到的“魔方”,外表就像几十个黑色电话亭排列在一起。每个“电话亭”其实就是一个机柜。其中42个运算节点机柜,每个都集成了200颗四核CPU,每个都相当于800台普通家用电脑的运算能力。还有15个存储机柜,使全机总存储容量达到500TB,相当于整整50万个1G的U盘。此外,还有10个网络机柜用于机柜通信。连通这数十个大机柜需要的网线长约30公里,差不多可以从市中心人民广场铺到浦东国际机场。

  这款处理器最初为日本索尼公司的Play Station 3游戏机设计,由IBM、索尼和日本东芝公司联合开发,主频超过4GHz。

世界500强中四分之三采用了美国英特尔公司出品的芯片,而曙光5000A配装了6600枚AMD巴塞罗那型四核处理器。

上海超级计算中心副主任袁俊介绍,超级计算机的设计原理并不复杂,就是让数千台乃至上万台计算机协作,变成一台超级计算机,术语叫并行计算。“魔方”采用的是刀片机群体系架构,每个刀片就是一个服务器,能协同工作。“魔方”运行起来的峰值速度,每秒超过200万亿次。

澳门新葡萄京娱乐场 ,  同时,“走鹃”还使用了部分美国超威公司(AMD)的Opteron处理器。

在曙光5000A发布前,业界推测,曙光公司将首次在超级计算机上使用中国科学家自主研发的“龙芯”中央处理器。“龙芯”的特色之一是运行LINUX操作系统。开发“龙芯”的中国科学院计算技术研究所也是曙光公司的控股方。

在“魔方”机房的隔壁就是它的前任:每秒运算10万亿次的“曙光4000A”机群。如今“魔方”的2个机柜就抵得上前一代机组的全部“脑力”,当然运算成本也更高———尽管采用了低功耗的处理器和内存、先进的水冷散热系统,但仅调试期间,“魔方”的每日电费就高达3万元。

  运算起来,“走鹃”功率接近3兆瓦。

“上海超级计算中心的大量运算需要采用基于微软视窗操作系统的商业软件,我们采用AMD芯片是根据客户的需求。虽然”龙芯”能力强大,但目前只适合科研等定向应用。”聂华说,“现阶段我们研发的超级计算机中,是有”龙芯”平台的,但”龙芯”的大规模推广和产业化情况限制了它的应用。”

“魔方”所采用的“曙光5000A”机型去年取得了“全球超级计算机500强”的第十名,2004年时“曙光4000A”获得过相同的世界排名,但现在“曙光4000A”已掉出排行榜。同在上海超算中心,于2000年引进的第一台超级计算机、每秒运算3800多亿次的“神威I号”已光荣退役,安身在计算机科技馆内。短短几年,全球超级计算机的整体速度提升了至少20倍。著名的“摩尔定律”指出,计算机微处理器芯片的性能每18个月会翻倍。以高级笔记本电脑为例,运算速度已在这3年间增长近10倍。但“超算500强”比这个定律更快,500个超算系统的性能总和大约每14个月就翻一番。

  突破障碍

曙光公司计划在2009年底推出与IBM“走鹃”比肩的千万亿次级超级计算机。“从目前的情况看,千万亿次超级计算机有可能使用”龙芯”平台。但将根据客户的使用需求来决定。”聂华说。

“魔方”的成功启动令世人对“中国速度”另眼相看,因为它是目前世界前十台最强大超算中唯一的“非美籍”,也使我国成为美国之后第二个研制出实测峰值“超百万亿次”超算的国家。

  IBM下一代计算系统研发部门副主管比亚·达瓦里说,“走鹃”是世界上第一台突破“Petaflop障碍”的计算机。

据估算,芯片成本大约要占高端计算机成本的80%以上。负责曙光系列高性能计算机总体设计的孙凝晖博士说:“曙光5000系列比国外正在研制的千万亿次超级计算机成本要低得多。”

新应用:助力“国际金融中心”

  长久以来,每秒1000万亿次的Petaflop计算速度一直是科学家和技术人员致力突破的目标。“走鹃”因此被看作是计算机发展史上的重要里程碑。

数据显示,曙光5000A的研制成本约为2亿元人民币。

谁将是“魔方”的客户?

  IBM超级计算机项目部门副主管戴维·图雷克说,“走鹃”5月25日在两小时测试时间内,取得了稳定的Petaflop计算速度,这是其它计算机没有达到过的。在接下来的几次应用中,“走鹃”表现同样稳定。

世界500强名单对曙光系列高性能计算机来说并不陌生。2004年6月,曙光4000A的运算能力排名世界第十。

袁俊介绍,理论、试验和计算是现在科技创新的三大支柱,而超级计算机则是高端计算能力的支撑,既可以对物理现象仿真和模拟,对复杂数据分析,也可以用于产品设计中复杂的设计计算。在2000年上海超级计算中心初创之时,“神威I号”还只是上海市气象局、中科院上海药物研究所等少量高端用户的秘密武器。而到2004年引进的“曙光4000A”高性能计算机,则把应用推广到更大范围:我国自行研制的支线飞机ARJ21—700完美首飞,背后有着超级计算机5年的保驾护航;上海汽车、奇瑞汽车研发的自主品牌车型也依靠着超级计算机的助力加油。用超级计算机来模拟“撞车”,不仅节约了成本,更缩短了研发周期。这几乎成了全世界汽车巨头无一例外采用的法宝。近几年,中国的汽车厂商也逐渐尝到了这“虚拟撞车”的甜头……

  “这是一次非凡的成就,”图雷克说。

1995年,当中国科学家首次推出运算能力为每秒10亿次的曙光1000时,落后发达国家同类产品约8年。而推出千万亿次超级计算机与世界领先水平将只有两年左右的差距。

2008年的统计数据显示,“曙光4000A”平均利用率达到了88.5%。通常,80%的利用率已接近极限,即使这样还有许多单位排队等候上机。而有了“魔方”,上海超算的“脑力”增长了20倍。“曙光4000A”正在支撑的300多个用户,将大部分移师“魔方”,包括气象预报、生物药物、生命科学、汽车、核电、钢铁、新材料、土木工程、物理、化学、航空、航天、船舶等数十个应用领域。

  美国国家核安全管理局行政管理员托马斯·达戈斯蒂诺打比方说,“走鹃”一天的计算量相当于地球上60亿人每周7天、每天24小时不吃不喝用计算器算46年。

此次入选世界十强的超级计算机只有一台装备在亚洲地区,那是塔塔集团投资建在印度的一套系统。不过,这套计算机是由美国惠普公司生产。

除了旧有的项目之外,“魔方”还被期待以重任:上海市着力发展的九大高新技术产业,如商用飞机、新材料、医药、重大装备、新能源以及电动车等六个领域都将依赖高性能计算技术。

  寄以厚望

作为目前中国速度最快的商用高性能计算机,曙光5000A将于今年11月装备上海超级计算中心。

此外,也许有一天你所搭乘的国产大飞机,不仅机身设计靠的是超级计算机的贡献,连出现在你面前的飞行员、空姐排班顺序也是超级计算机所决定的。随着乘务人员和航班数量的大幅增加,排列组合的可能性也指数级增加,传统的Excel已黔驴技穷,因此也要“借脑”来算一算。

  “走鹃”将从IBM实验室搬至新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验所。

“超级计算机500强”排行榜中,美国入围的291台超级计算机中有35台用于金融企业或相关机构。未来,“魔方”将助力上海国际金融中心建设,为金融机构设计衍生产品、控制风险、提供各种计算解决方案。

  洛斯阿拉莫斯国家实验所主管迈克尔·阿纳斯塔西奥说,前6个月内,“走鹃”将用于与导弹测试等无关的非机密计算。6个月后,“走鹃”75%左右的工作都将涉及导弹测试和其它机密任务。

新竞赛:每一秒都在追赶

  武器专家对“走鹃”的高速计算能力寄予厚望。达戈斯蒂诺说,这将帮助武器专家模拟核弹头爆炸时的情况和测算核弹头老化信息,是“确保我们(核武)库安全的”重要工具。

每年两次发布的“超级计算机500强”排行榜,被誉为衡量国际高性能计算机应用状况的“晴雨表”。去年11月,“魔方”所采用的“曙光5000A”机型拿到了第十名,而前九名都由美国的厂商制造。包括“魔方”,榜单上中国共有15台超级计算机进入500强,在发展中国家名列第一。

  “走鹃”还将极大地方便科学研究。超级计算机方面专家认为,“走鹃”可以在数小时内完成其它计算机3个月的计算量,研究人员可以在输入问题后瞬间得到答案,之前无法操作的实验也可借助“走鹃”实现。

“这个榜单随时都在变化,但中国这几年的表现非常强劲。”上海超级计算中心高性能计算架构师姚继锋说。在“魔方”诞生后,《纽约时报》一篇评论认为中国已跨入全球高性能计算市场的“第一阵营”。

  阿纳斯塔西奥说,科学家可以利用“走鹃”从事不涉密研究。他展望说,科学家可以用“走鹃”辅助研制艾滋病疫苗、检测纤维素乙醇化学性质、探索宇宙起源等。

“每一天,每一小时,每一秒在追赶,在不断试图缩小与美、日等国的差距。”曙光公司总裁历军这样形容中国在超级计算机研究和制造方面的努力。1993年“超级计算机500强排行榜”诞生时,中国内地无一入围。据说1990年代初,中石油集团因勘探需要引进了一台IBM的超级计算机,但对方的条件是监控这台计算机的用途。中石油不得不专门造了一座玻璃房子,让美国人24小时监控。当时的国家科委主任宋健将此事称为“中国人的奇耻大辱”。

  达瓦里说:“我们正在接近对真实世界的模拟。”(陈立希)

至今,美国仍对中国禁运百万亿次超级计算机及其关键零部件。中国超级计算机的发展历程,用历军的话是“民族责任感与商业价值取向的一种融合”。在今天,随着高性能计算从科学研究逐步扩展到金融精算、动漫制作等多个领域,后者的价值更是日益显现。经济利益驱动下,全球超级计算机竞争正日趋白热化。2002年至2004年,35万亿次的日本超级计算机“地球模拟器”始终排名第一,而随后的四年内第一名的速度提升了31倍,接近1100万亿次。目前,日本每秒能进行1京次浮点运算的“通用京速计算机”,已在研制中。英特尔公司的高级合伙人斯蒂夫预测,2018年我们也许可以看到比现在最快的超级计算机———运算速度达1000万次的“走鹃”快1000倍的计算机。

来源:新华网

中国各地也掀起了竞赛。姚继锋介绍,深圳、广州、天津、山东都有建造超级计算中心的计划,其中深圳的华南超级计算中心、天津滨海的国家超级计算机天津中心,瞄准的都是千万亿次的运算级别。最近,NEC有限公司也与武汉东西湖区签约,将投资7亿元打造中部首个超级计算中心及研发技术园。

新挑战:从芯片到软件开发

虽然“魔方”已经位列全球超级计算机的前十位,与运算速度最快的IBM“走鹃”差距不过1.5代,但如果从更多的方面考究,这个差距并不止于此。

“尽管主要零部件都实现了国产化,但中国超级计算机的中央处理器芯片目前仍依赖国外厂商”,袁俊告诉记者。比如目前中国最先进的两台百万级超级计算机,联想的“深腾7000”和曙光的“曙光5000A”,分别采用了英特尔和超威半导体的处理器,这两家都是美国的处理器制造商。在去年中国国内的“超级计算机100强”中,95%的处理器来自英特尔和AMD。

令人兴奋的是,曙光公司总裁历军此前曾透露,“曙光千万亿次机曙光6000将在2010年推出,届时会采用自主知识产权的龙芯处理器。”据悉,计划使用的处理器为“龙芯”第三代产品,这将标志中国超级计算机质的突破。

“相比技术,应用上的差距更大。”袁俊说。目前超级

计算机的应用软件系统大多需要进口,“很贵,动辄一个软件就要上百万元人民币,很多企业都用不起。”姚继锋告诉记者,随着高性能计算机中CPU数量越来越多,应用程序编制难度将越来越大,而一些在软件行业中具有垄断性质的企业,往往把自己的产品和IBM、HP的高端产品捆绑销售,这令国产软件在超级计算机应用方面要取得突破,可能比系统研制更为艰难。

由于成本很高,相比美国企业用超级计算寻找防止薯片从装配线上滑落的方法,中国许多企业还没有用上这个研发利器,超级计算机仍主要为高端研发机构所用。据2008年的统计,从使用超级计算机的机器数量上看,能源行业占据了35%,其次是政府部门和科学计算。而从使用超级计算机的性能上看,科学计算占到了第一位,占33.13%,其次是能源和政府部门。

据悉,过几天,2009年全新“超级计算机500强”排行榜将发布。超级计算机的竞赛仍在无止境进行,“魔方”的胜利只是一个“节点”。我们期待着更多的突破,更快的中国新速度。

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