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PConline資訊】TOP500組織今天公布了第38屆全球超級計算機(jī)五百強(qiáng)排行榜,升級完畢的日本“京”(KComputer)輕松蟬聯(lián)桂冠,這也是人類歷史上第一臺計算能力跨越1億億次每秒的計算系統(tǒng)。半年前,只建設(shè)完成一部分的“京”就輕而易舉地將日本帶上了超級計算機(jī)新王者的寶座,當(dāng)時的最大性能為8.162千萬億次浮點計算每秒。不同于其它近來表現(xiàn)“猖狂”的高性能計算系統(tǒng),“京”仍舊完全基于傳統(tǒng)處理器,沒有使用GPU加速。
日本超級計算機(jī)“京”日本“京”(KComputer)超級計算機(jī)現(xiàn)在的“京”配備了88128顆富士通SPARC64VIIIfx2.0GHz八核心處理器,核心總量705024個,最大計算性能1.051PFlops(10.51億億次每秒),峰值性能1.128038PFlops(11.28億億次每秒),有效率高達(dá)93.2%,同時總功耗為12659.9千瓦。“京”將在明年6月完成整個系統(tǒng)的配置,并于同年11月正式開始運(yùn)用。除用于模擬演算地震、海嘯、臺風(fēng)等地球科學(xué)及有關(guān)宇宙形成的研究外,“京”還將運(yùn)用于新材料、醫(yī)藥用品、汽車及飛機(jī)的研發(fā)等工作。日本超級計算機(jī)“京”這款新型超級計算機(jī)名為“京”,這是全球首款運(yùn)算速度越過1萬萬億次大關(guān)的“超級運(yùn)算機(jī)器”。K計算機(jī)的性能是使用68,544個SPARC64VIIIfx處理器衡量的,每個處理器配置8個內(nèi)核,一共有548,352個內(nèi)核,幾乎是其它世界500強(qiáng)超級計算機(jī)處理器內(nèi)核數(shù)量的一倍。日本超級計算機(jī)“京”超級計算機(jī)“京”是在日本文部科學(xué)省的監(jiān)督下研制的,其研究目標(biāo)直指每秒1萬萬億次運(yùn)算速度大關(guān)。在日語中,“京”是一個計量單位,代表1萬萬億。該計劃原先的設(shè)想是由日本本土IT巨頭富士通,日立和NEC公司共同承擔(dān)這項耗資12億美元的項目,但是在2009年的全球金融危機(jī)中,日立和NEC公司先后宣布退出。剩下的富士通公司獨力支撐,決心用該公司自己生產(chǎn)的,專為高性能計算機(jī)設(shè)計的SPARC64VIIIfx芯片進(jìn)行研制。“京”采用864座機(jī)柜,連接超過8.8萬塊CPU,這些處理器經(jīng)過設(shè)計能夠進(jìn)行聯(lián)合運(yùn)算。今年8月份,“京”的最后一座機(jī)柜在神戶的日本理化研究所安裝到位?,F(xiàn)在富士通公司終于可以向全世界宣布這一超級計算機(jī)領(lǐng)域里程碑式重大事件的完成。日本超級計算機(jī)“京”與其它最近發(fā)布的超級計算機(jī)不同,K計算機(jī)沒有使用圖形處理器或者其它加速器。但是,它使用的是這個排行榜中最強(qiáng)大的和最節(jié)能的系統(tǒng)。根據(jù)行業(yè)通行的Linpack標(biāo)準(zhǔn),“京”的平均運(yùn)算速度是其峰值速度的大約93%。日本超級計算機(jī)“京”6月份時,它曾以每秒8162萬億次的運(yùn)算速度排名世界第一。但是恐怕“京”的冠軍寶座也坐不了多久,在這個競爭幾乎白熱化的領(lǐng)域,這是一貫的游戲規(guī)則。美國IBM公司和Cray公司目前正在為美國能源部進(jìn)行2萬萬億次超級計算機(jī)的研制工作,預(yù)計將于明年完成。日本超級計算機(jī)“京”這臺超級計算機(jī)將安裝在神戶的日本理化學(xué)研究所(RIKEN)。日本超級計算機(jī)“京”當(dāng)建造完成時,這臺超級計算機(jī)的運(yùn)行速度將達(dá)每秒10千萬億次浮點運(yùn)算。富士通此次并未給出京的耗電量水平數(shù)據(jù),但是根據(jù)它在今年6月份達(dá)到每秒1000萬億次運(yùn)算水平的時候,其實測功率約為9.89兆瓦,也就是大約每年989萬美元的用電費用。>>-----------------------------------------------------------------------------
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中國“天河一號A”屈居亞軍中國的“天河一號A”依然位列亞軍,性能上完全不變,最大性能只有“京”的24.4%。事實上,除了一路狂奔的“京”之外,從第二名到到第十一名都沒有絲毫變化。這種沉寂在高性能計算歷史上實屬罕見,TOP500總編輯ErichStrohmaier也表示:“自從1993年我們第一次發(fā)布(超算)排行榜以來,這是第一次前十名紋絲不動。”天河一號A其實就這這一排排的機(jī)柜從官方公布的資料來看,“天河一號”在結(jié)構(gòu)上包括了的硬件系統(tǒng)包括計算陣列、加速陣列、服務(wù)陣列,以及互連通信子系統(tǒng)、I/O存儲子系統(tǒng)和監(jiān)控診斷子系統(tǒng)等。而在具體參數(shù)上,這款超算計算陣列有2560個計算結(jié)點,每個計算結(jié)點集成2個IntelCPU,配32GB內(nèi)存;服務(wù)陣列配備了512個服務(wù)結(jié)點,每個服務(wù)結(jié)點含2個IntelEPCPU、32GB內(nèi)存;加速陣列使用了2560個加速結(jié)點,每個加速結(jié)點含2個AMDGPU、2GB顯存。中國“天河一號A”而除此之外,“天河一號”采用兩級InfinibandQDR互,單個通信鏈路的通信帶寬為40Gbps、延遲1.2μs的互聯(lián)通信子系統(tǒng),磁盤容量1PB的I/O存儲子系統(tǒng),另外其好配備有采用分布式集中管理結(jié)構(gòu),實現(xiàn)全系統(tǒng)的實時安全監(jiān)測、系統(tǒng)控制和調(diào)試診斷等功能的監(jiān)控系統(tǒng)。除了硬件之外,作為一款超級計算機(jī),沒有軟件系統(tǒng)的支撐其很難發(fā)揮自身的潛力,因此“天河一號”也配備了功能完善的軟件系統(tǒng)?!疤旌右惶枴钡能浖到y(tǒng)包括操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)、資源管理系統(tǒng)和并行程序開發(fā)環(huán)境等四部分組成。中國“天河一號A”操作系統(tǒng):操作系統(tǒng)采用64位Linux,面向高性能并行計算、支持能耗管理、虛擬化和安全隔離等進(jìn)行了針對性設(shè)計。編譯系統(tǒng):支持C、C++、Fortran77/90/95、Java語言,支持OpenMP、MPI并行編程,提供異構(gòu)協(xié)同編程框架,高效發(fā)揮CPU和GPU的協(xié)同計算能力。資源管理:提供全系統(tǒng)資源統(tǒng)一視圖,實現(xiàn)多策略資源分配與作業(yè)調(diào)度,有效提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐率并行程序開發(fā)環(huán)境并行程序開發(fā)環(huán)境提供一體化圖形用戶界面,支持應(yīng)用程序的調(diào)試和性能分析。在“天河一號”的身上,我們可以找到不少的興奮點,不僅僅是高達(dá)千萬億次的峰值運(yùn)算性能,更有CPU+GPU的異構(gòu)設(shè)計,近年來,GPU得到了高速的發(fā)展,其適合于并行數(shù)值計算的特性使得高性能計算領(lǐng)域?qū)ζ湟恢笨春?,而在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的GPGPU(General-purposecomputingongraphicsprocessingunits)更是由于強(qiáng)大的并行處理能力和可編程流水線使得其在面對單指令流多數(shù)據(jù)流(SIMD)且數(shù)據(jù)處理的運(yùn)算量遠(yuǎn)大于數(shù)據(jù)調(diào)度和傳輸?shù)男枰獣r能夠取得遠(yuǎn)超傳統(tǒng)CPU的性能,這一點在“天河一號”上就體現(xiàn)的非常明顯。2009中國超算排行榜TOP10從上面的配置圖中我們可以看到,“天河一號”的加速系統(tǒng)使用了2560塊AMDRadeonHD4870X2顯卡,5120顆運(yùn)行在575MHz的RV770GPU,每顆GPU擁有1GBGDDR5內(nèi)存。575Mhz下的4870X2理論雙精度浮點能力為0.575*2*800/5*2=368Gflops,2560片能提供942.08TF的理論雙精度運(yùn)算能力,而根據(jù)官方提供的46.7%的系統(tǒng)效率以及563100.00Gflops的Linpack值,我們不難得出“天河一號”的理論運(yùn)算值為563100.00/0.467≈1205781.58Gflops,這也基本就是官方公布的系統(tǒng)峰值,兩者相除我們不難看出GPU在整個系統(tǒng)中提供了78%的運(yùn)算能力。而剩下的5120顆至強(qiáng)E5540與1024顆至強(qiáng)E5450所提供的理論運(yùn)算能力僅為2.53*4*4*5120+3.0*4*4*1024=255680.96Gflops。GPU強(qiáng)大的并行運(yùn)算能力從這里可以看的一清二楚,而這一點也完全可以從GPU與CPU的對比中看得非常清楚,CPU由于架構(gòu)的原因以往一直都通過提升制程工藝和主頻上來下手,但這遲早會遇到壁壘,而于此同時GPU卻的性能以每年2.8倍的速度增長。而在CPU與GPU的性能比較方面,如果說CPU一條單車道公路,一次只能走一輛車的話,GPU就是擁有多個車道的高速公路,正式大量并行的結(jié)構(gòu)使得其在浮點運(yùn)算方面擁有了非常塊的速度,而在GPU基礎(chǔ)上發(fā)展起來的GPGPU(通用圖形處理器)很好地繼承了這一優(yōu)點,其具有比CPU高一個數(shù)量級的浮點性能,因此在注重運(yùn)算速度高性能領(lǐng)域被格外看好。>>
世界超算前十名排行榜名稱及運(yùn)行速度(千萬億次/秒)下面我們來關(guān)注一下世界超級計算機(jī)前十名的名稱及運(yùn)行速度,日本“京”和中國的“天河一號”上面有提到,這里就不贅述了。
1日本“京”10.512中國“天河一號”2.573美國“美洲豹”1.759Cray美洲豹超級計算機(jī)CrayXT5-HEOpteronSixCore2.6GHz內(nèi)核數(shù)224162個,實測運(yùn)算速度1759000GFLOPS,理論峰值運(yùn)算速度2331000GFLOPS,Cray美洲豹隸屬于美國能源部,坐落于美國橡樹嶺國家實驗室。說到橡樹嶺國家實驗室,作為“曼哈頓計劃”的一部分,(曼哈頓計劃就是美國于1942年利用核裂變反應(yīng)研制原子彈的計劃。曼哈頓計劃成功實施后為美國留下了巨大的財富——洛斯阿拉莫斯國家實驗室和橡樹嶺國家實驗室)最近的項目是將建設(shè)核能創(chuàng)新中心。說到橡樹嶺國家實驗室,作為“曼哈頓計劃”的一部分,(曼哈頓計劃就是美國于1942年利用核裂變反應(yīng)研制原子彈的計劃。曼哈頓計劃成功實施后為美國留下了巨大的財富——洛斯阿拉莫斯國家實驗室和橡樹嶺國家實驗室)最近的項目是將建設(shè)核能創(chuàng)新中心。橡樹嶺國家實驗室美國能源部于5月28日宣布,為激勵創(chuàng)新和實現(xiàn)清潔能源突破,由橡樹嶺國家實驗室領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊將獲得1.22億美元的支持,目的是在五年內(nèi)建立和運(yùn)營一座核能建模與仿真能源創(chuàng)新中心。該中心的人員將來自大學(xué)、產(chǎn)業(yè)界和其他國家實驗室,將利用世界上性能最先進(jìn)、功能最強(qiáng)大的美洲豹超級計算機(jī),推動核反應(yīng)堆在設(shè)計和工程方面的重大飛躍。我們怎樣才能對全球氣候變化有更為準(zhǔn)確的把握?可以看一看當(dāng)今用于監(jiān)控大氣環(huán)境的一些先進(jìn)儀器。在從美國聯(lián)邦政府經(jīng)濟(jì)刺激計劃中獲得1990萬美元的升級經(jīng)費以后,“美洲豹”XT5系統(tǒng)的運(yùn)算速度最終達(dá)到1.759千萬億次,一舉成為當(dāng)今世界上最快的超級計算機(jī)。這臺世界上最快的超級計算機(jī)致力于解決可能拯救世界的科學(xué)難題——氣候變化、可再生能源等,而不是用以提升核武器的性能。“美洲豹”XT5系統(tǒng)由美國國家科學(xué)基金會出資、Cray公司建造,田納西大學(xué)和國家計算科學(xué)研究院共同擁有。美洲豹的科學(xué)應(yīng)用在已經(jīng)披露過的美洲豹超級計算機(jī)的科學(xué)應(yīng)用中,上圖從左到右從上到下依次為:1:極端氣候模擬。2:超新星研究。3:生命和半衰期。4:從光合作用到新燃料5:聚變加速6:模仿火山爆發(fā)應(yīng)激氣候橡樹嶺國家實驗室負(fù)責(zé)科學(xué)技術(shù)的副主任湯姆斯·撒迦利亞(ThomasZacharia)表示:“這表明科學(xué)確實極為重要,尤其是在解決我們當(dāng)前面臨的最大一些挑戰(zhàn)時,重要性更加凸顯。‘美洲豹’XT5系統(tǒng)正處于先進(jìn)的氣候變化科學(xué)和能源技術(shù)政策的交界處?!?/p>
4中國“星云”1.271星云的核心部件采用了曙光公司自主研發(fā)的最新一代刀片服務(wù)器曙光TC3600,是全球第一款同時支持HPCSC(中國電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會-高性能計算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)工作委員會)并兼容SSI國際開放性標(biāo)準(zhǔn)的刀片服務(wù)器系統(tǒng),實現(xiàn)了我國刀片服務(wù)器產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化。“星云”系統(tǒng)還應(yīng)用了曙光自主研發(fā)的QDRIfiniband高速交換模塊(HSSM)、大規(guī)模系統(tǒng)管理和調(diào)度系統(tǒng)(Gridview)、高性能計算機(jī)安全系統(tǒng)(NiKey)等多項領(lǐng)先技術(shù),使曙光“星云”成為中國自主可控高性能計算機(jī)系統(tǒng)。曙光“星云”是中國第一臺面向未來“云計算”環(huán)境設(shè)計的超級計算機(jī)系統(tǒng),強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的均衡設(shè)計和資源動態(tài)調(diào)度能力,將成為我國新一代超級云計算中心建設(shè)的主力機(jī)種。
。“星云”系統(tǒng)實測峰值達(dá)每秒1271萬億次(每秒執(zhí)行1271萬億條指令),使其成為亞洲和中國第一臺、世界第三臺實測性能超千萬億次的超級計算機(jī)。國內(nèi)外典型超算對比星云采用了自主設(shè)計的HPP體系結(jié)構(gòu)、高效異構(gòu)協(xié)同計算技術(shù),高效易用的編程環(huán)境,極大方便用戶操作應(yīng)用。采用全冗余設(shè)計,無單一故障點,在對系統(tǒng)Linpack(國際標(biāo)準(zhǔn)的超級計算機(jī)測試方法)測試中,“星云”表現(xiàn)出它的極高穩(wěn)定性和可靠性。在對單柜測試得出,“星云”單柜峰值高達(dá)25.7TFlops,成為國內(nèi)同類系統(tǒng)單位面積計算峰值最高的計算機(jī)。每瓦能耗實測性能超過4.98億次,成為目前是國內(nèi)最綠色的超級計算機(jī)。
5日本“燕子2.0”1.192燕子2.0(Tsubame2.0)該電腦位于日本東經(jīng)工業(yè)大學(xué),速度比日本原先最快的、由日本原子能機(jī)構(gòu)所有的超級電腦快12倍。主要提供給日本大學(xué)研究和小部分獨立用戶使用,該電腦同時運(yùn)行微軟和Linux軟件,運(yùn)行速度達(dá)每秒1.2千萬億次。>>
6美國“Cielo”1.110Cielo在西班牙語中是“天空”的意思,為洛斯阿拉莫斯國家實驗室、桑迪亞和利弗莫爾三個國家實驗室提供計算支持。美國“Cielo”洛斯阿拉莫斯國家實驗室Cielo超級計算機(jī)參數(shù)Cielo超級計算機(jī)采用Cray公司的Baker架構(gòu),基于AMDOpteron八核處理器,默認(rèn)主頻為2.4GHz計算節(jié)點方面采用雙子星相互連接。
7美國“昴星團(tuán)”1.088昴星Pleiades超級計算機(jī)Pleiades超級計算機(jī)由SGI公司基于英特爾至強(qiáng)打造,由4核Harpertown3.0Ghz和6核Westmere2.93Ghz構(gòu)成,網(wǎng)絡(luò)連接架構(gòu)是infiniband方式。內(nèi)核數(shù)為81920個,理論運(yùn)算峰值速度973291GFLOPS,實測運(yùn)算速度772700GFLOPS。(TOP500運(yùn)算速度排名世界第6)NASA總部航拍圖
8美國“Hopper”1.054哈博(Hopper)該電腦是以美國海軍女少將格蕾絲·哈博(GraceHopper)的名字命名,她也是軟件及編程語言的先驅(qū)者。這臺電腦位于美國國家能源研究科學(xué)計算中心(NERSC),運(yùn)行速度達(dá)到每秒1.05千萬億次。
9法國“Tera-100”1.050法國Tera100Tera100系統(tǒng)的理論峰值性能為1.25Petaflops,Linpack性能約為1Petaflop左右,超過了目前歐洲性能最高的JUGENE系統(tǒng)。JUGENE系統(tǒng)由IBM公司采用藍(lán)色基因/P方案研制,峰值性能為1Petaflop,Linpack性能為0.825Petaflops,安裝在德國于利希研究中心。法國Tera100Tera100于2010年3月完成安裝,5月26日正式加電啟動。整臺系統(tǒng)由4300個bullxS系列服務(wù)器組成。系統(tǒng)使用了140000顆IntelXeon7500處理核心,內(nèi)部存儲器容量為300TB,外部存儲器容量為20PB,全局文件系統(tǒng)的吞吐量為500GB/s。Tera100將被用于法國核武器模擬項目,以確保核威懾武器的安全可靠。>>
10美國“走鵑”1.042其實“走鵑”和“美洲豹”都?xì)w美國能源部所有,但它們的用途不同?!懊乐薇盭T5是“開放科學(xué)”工具,用于涉及廣泛主題的同行評審研究,而“走鵑”系統(tǒng)則完全用于對美國核武器進(jìn)行復(fù)雜而秘密的評估。IBM走鵑超級計算機(jī)同樣隸屬于美國能源部的洛斯阿拉莫斯國家實驗室。該實驗室以研制了世界上第一顆原子彈而聞名于世。這里部署了另一臺赫赫有名的超級計算機(jī),IBM走鵑超級計算機(jī)(BladeCenterQS22/LS21Cluster,PowerXCell8i3.2Ghz/OpteronDC1.8GHz,內(nèi)和數(shù)122400個)。其實“走鵑”也是一種IBM系統(tǒng)計算機(jī),每秒運(yùn)算速度可達(dá)1042萬億次。它采用了一系列專門針對游戲和商業(yè)的技術(shù),包括用于索尼“游戲站3”的九核Cell處理器和AMD雙核皓龍?zhí)幚砥?。因此,“走鵑”是全球第一臺采用Cell處理器的混合式超級計算機(jī)?!白啭N”系統(tǒng)主要用于對美國核武器進(jìn)行復(fù)雜而秘密的評估。走鵑“走鵑”采用了一系列專門針對游戲和商業(yè)的技術(shù),包括用于PlayStation3游戲機(jī)的Cell寬帶引擎和AMDx86處理器?!白啭N”擁有130536個計算核心,包括12960顆Cell引擎的116640個PPE和SPE核心,以及6948顆雙核AMDOpteron處理器?!白啭N”是全球第一臺采用Cell處理器的混合式超級計算機(jī),但也因此需要三種不同的編程工具,以確保不同核心同時高效率運(yùn)行。除此之外,“走鵑”擁有80TB內(nèi)存、57英里光纖、3456個Tri-Blade節(jié)點,每個節(jié)點由兩臺BladeCenterQS22刀片式服務(wù)器和一臺LS21刀片式服務(wù)器組成,分別配置4顆Cell和2顆Opteron,兩種處理器使用PCI-E
電纜連接在一起?!白啭N”占用了288個IBMBladeCentre機(jī)架,總占地面積約為6000平方英尺。IBM主管下一代計算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)的副總裁比吉安·迪瓦里(BijanDivari)表示,“走鵑”的構(gòu)造方式與人腦類似。走鵑的科學(xué)應(yīng)用在已經(jīng)披露過的走鵑超級計算機(jī)的科學(xué)應(yīng)用中,走鵑的科學(xué)應(yīng)用主要為:1:納米技術(shù)。2:核聚變、激光技術(shù)。3:磁重聯(lián)技術(shù)4:艾滋病毒5:暗物質(zhì)6:銅反應(yīng)7:流體動力學(xué)“走鵑”是全球第一臺運(yùn)算速度達(dá)到petaflop級別的超級計算機(jī)。美國國家核安全管理局局長湯姆斯·阿戈斯蒂諾(ThomasAgostino)表示:“如果全世界60億人每天24小時、每周7天執(zhí)行純手工計算,那么需要46年時間才能完成‘走鵑’一天的工作量?!钡贤呃镱A(yù)計,比“走鵑”強(qiáng)大十倍的超級計算機(jī)將于10年內(nèi)出現(xiàn),從而使環(huán)境模擬可以實時完成。>>
2011TOP500超算新榜單的一些變化:2011年11月TOP500排行榜前十名第500名的性能從半年前的39.1TFlops升至50.9TFlops。今年的最后一名半年前可排第305。所有系統(tǒng)總性能從一年前的43.7PFlops、半年前的58.7PFlops增加到74.2PFlops。中國超算數(shù)量74臺,排名第二,然后是日本30臺、英國27臺、法國23臺、德國20臺。使用GPU加速的超算從17臺增至39臺,其中35臺使用NVIDIATesla計算卡、2臺使用Cell處理器、2臺使用AMDRadeon顯卡。使用六核心及以上處理器的系統(tǒng)已經(jīng)占據(jù)62%的份額。Intel處理器份額以76.8%高居第一,總計384臺。AMDOpteron目前占據(jù)63臺,也減少了3臺。IBM處理器穩(wěn)定在49臺。千兆以太網(wǎng)是最流行的內(nèi)部互聯(lián)技術(shù),占據(jù)223臺但比去年少了7臺。InfiniBand系統(tǒng)從208臺增至213臺。從性能上看,InfiniBand系統(tǒng)的性能幾乎是千兆以太網(wǎng)系統(tǒng)的兩倍多,分別為28.7PFlops、14.2PFlops。29臺超算的功耗超過了1000千瓦?!熬钡墓氖亲罡叩?,12659.9千瓦,不過因為性能更彪悍,能耗比其實是最高的之一,達(dá)到了830MFlops/W。能耗比最高的是藍(lán)色基因/Q,2029MFlops/W。所有系統(tǒng)平均能耗比282MFlops/W,比半年前、一年前提高了13.7%、28.8%。前十名平均功耗45.6千瓦,比半年前增加了2.6千瓦,而能耗比維持464MFlops/W不變。
之前榜單排名對比圖2010年6月TOP500排行榜前十名“國際TOP500組織”每半年更新一次排行榜。[返回頻道首頁]