揭秘世界最快计算机：“天河一号” 1天=620年

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内容提要：普通计算机大家都很熟悉，什么是超级计算机？它能做哪些计算，又如何计算？“天河一号”与人们的生活会有怎样的联系？日前，本报记者再次探访国家超级计算天津中心，让记者带你一起走近“天河一号”，了解超级计算机的奥秘。

图为国家超级计算天津中心

　　图为“天河一号”芯片

图为“天河一号”空调单元

图为汽车模拟碰撞试验

图为“天河一号”主机

　　天津北方网讯：北京时间2010年11月17日，国际超级计算机TOP500组织正式发布了第36届世界超级计算机500强排行榜，我国自主研发的“天河一号”超级计算机凭着每秒钟4700万亿次的运算峰值速度脱颖而出，成为世界运算速度最快的超级计算机。“天河一号”夺取世界冠军的消息吸引着全球媒体的眼球，也引发了人们对超级计算机的关注。普通计算机大家都很熟悉，什么是超级计算机？它能做哪些计算，又如何计算？“天河一号”与人们的生活会有怎样的联系？日前，本报记者再次探访国家超级计算天津中心，让记者带你一起走近“天河一号”，了解超级计算机的奥秘。

　　“绿色巨无霸”

　　最瘦身最节能

　　“天河一号”的家就安在天津滨海新区的国家超级计算天津中心。砖红色的办公大楼上“天河”两个大字在阳光照耀下格外醒目。走进大楼一层的“天河一号”主机房，140多个一人多高的黑灰色机柜，犹如整齐排列的披甲武士，在将近三个篮球场大小的机房内整整齐齐排成13排，总重量约150吨。在计算机运转的轻微蜂鸣声中，机柜上很多绿色小灯不断闪烁，数万颗高性能微处理器就像一颗颗心脏高效、有序地跳动着。

　　庞大的身躯是超级计算机最显著的特点之一，和世界上已有的千万亿次超级计算机相比，“天河一号”算得上是身材苗条的小个子，它拥有2万多个高性能微处理器，既可以调动全部资源全身心地服务于一项重大研究，比如大飞机、大火箭的设计制造，也可以分身有术，同时为成千上万个中小企业提供高速运算服务。“如今的‘天河一号’峰值性能、实用性能、可靠性、可用性都进入了国际领先行列，”国家超级计算天津中心主任刘光明自豪地说，“目前千万亿次系统已经向用户开放使用。”

　　在主机房里记者看到的“天河一号”，就是一排排的机柜，那么与人们熟悉的个人电脑比起来，它的主机、显示器、键盘和鼠标又在哪里呢？据介绍，主机房中的每一个机柜都是超级计算机的一个计算单元，用户可通过网络终端登录来使用超级计算机。这些终端可以是PC机、工作站、也可以是个人笔记本电脑，这些都成为超级计算机的“键盘鼠标”。

　　目前，世界上为数不多的千万亿次超级计算机中，占地面积大都达到了上千平方米，而“天河一号”是如何做到占地不足700平方米的瘦身效果呢？工作人员拆下机柜上一组被称为“刀片”的计算模块向记者展示：“‘天河一号’采用了双面对插式的高密度组装方案，每一组‘刀片’都可以支持热插拔，即插即用，这样使得维护非常方便，机柜内通信连线的路径也最短，确保了信号传送的高速率和低延时。”

　　同时，这样设计也解决了一个关系着“天河一号”能否稳定运行的关键问题。“天河一号”的最大用电量约为每小时4000度电，耗电量大，如何保证系统稳定运行，通风散热至关重要。掀起主机房的地板，下面布满了一排排冷水水管。“冷水从地板下送入计算机柜侧面的空调单元，产生用于散热的冷风。机柜内每个‘刀片’上都布满了散热器，冷风经过刀片后带走微处理器等产生的热，然后通过空调单元将热通过回水管中的水带到机房外，进行循环制冷。”工作人员介绍，由于采用了世界最先进的水冷风冷结合的新技术，“天河一号”的能效值提升了近50%，堪称世界上最节能的超级计算机之一。

　　小块头有大智慧

　　1天= 620年

　　如果评价计算机的指标只有一个，相信绝大多数人会选择速度。而超级计算机区别于普通计算机的最大特点，正是普通计算机无法企及的运算速度。如果普通计算机的运算速度相当于人步行的速度，那么超级计算机的运算速度，就相当于火箭。它可以在最短的时间内计算出复杂的、大型的、挑战性的问题。比如计算未来一周的天气预报，如果用个人电脑可能需要几个月甚至更长时间，而采用超级计算机一两个小时就可以完成。

　　在2000年时，运算速度在万亿次、十万亿次是超级计算机的标志，到了2009年，百万亿次以上是超级计算机的新标志，而千万亿次则是超级计算机的新高峰。国际超级计算大会，被誉为超级计算机领域的奥运会，计算机界都以能够进入TOP500前列来衡量一个国家制造和使用高性能计算机的水平。2009年11月18日的第34届全球超级计算机大会上，排名前十的超级计算机中，“天河一号”成为唯一一台非美国产品，中国从此成为世界上第二个有能力研制千万亿次计算机的国家。此后短短1年时间里，“天河一号”峰值速度提高了2.89倍，持续速度提高了3.55倍，在2010年底第36届全球超级计算机大会上问鼎世界第一，标志着我国自主研制超级计算机综合技术水平进入世界领先行列。

　　最值得自豪的是“天河一号”系统部分采用了我国自主研发的CPU，而正是我国首创的CPU与GPU融合并行计算体结构使得“天河一号”最终领先世界。为此，美国《纽约时报》发表题为“中国成为世界最快超级电脑制造国”的文章称，中国的一个科研中心已制造出了有史以来最快的超级计算机，这使得中国有资格声称是技术超级大国。

　　到底“天河一号”运算速度有多快呢？国家超级计算天津中心副主任朱小谦给记者做了一个形象的解释：“天河一号”的运算峰值达到4700万亿次双精度浮点运算，换算成我们熟悉的十进制就意味着“天河一号”能够在1秒钟内，进行带有小数点的十五、十六位实数运算4700万亿次。打个比方，假如每个人每秒钟可以做一次浮点运算，“天河一号”计算1个小时就相当于全国13亿人计算340年时间，“天河一号”计算1天，就相当于一台双核的个人电脑计算620年时间。“天河一号”总的存储容量能够容纳1千万亿个汉字，相当于一个存储10亿册100万字书籍的巨大图书馆。

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