探秘世界最快超算天河一号

探秘世界最快超算天河一号 处理器的性能提升一直决定着全球超级计算机运算能力的发展 过去的约 10 年里 TOP500 全球最高速超级计算机的总运算性能提升速度基本 上和摩尔定律保持一致 然而在 2007 年左右 TOP500 超级计算机的性能开始明显的加速上涨 这一时间点 正是 GPU 被引入超级计算机的开 端 从此 GPU 作为超级计算机中重要的性能部件彰显着不可替代的作用 CPU GPU 的异构超算能带来比同样规模的纯 CPU 提供数以倍计的浮 点科学计算能力 这种 异构计算 应用的典型例子就是中国的天河一号 A 它使用了超过 14000 颗 CPU 辅以 7168 颗 Tesla M2050 GPU 总运算能力 2 5PFLOPS 成为当今全球最强的超级计算机 天河一号主任设计师 国防科大计算机学院系统软件研究室主任杨灿群今天也到场介绍了该机的 设计过程 据称 从去年的试验性系统 到今年的天河一号 A 他们将 GPU 加速的效率从 20 提升到了 70 同时使用自主开发的节点网络系 统 规模和性能是去年使用的进口成套网络系统的两倍 NV 创始人黄仁勋在 2010 高性能计算峰会上专门讲述了天河一号 A 跟随 NVidia2010 高性能计算峰会的脚步 我们有幸参观了国家超级计算天津中心 并进距离的深入了解其中的天河一号 A 超级计算机 这种 机会非常难得 国家超级计算天津中心 天河一号所在 国家超级计算天津中心 天河的命名来自于国防科大 银河 系列超级计算机与天津的结合 天河一号 A 配备了 14336 颗 Intel Xeon X5670 2 93GHz 六核心处理器 32nm Westmere EP 2048 颗我国自主研发的飞腾 FT 1000 八核心处理器 以及 7168 块 NVIDIA Tesla M2050 高性能计算卡 总计 186368 个核 心 224TB 内存 使用自主研制的互连网络架构 Linux 操作系统 Linpack 最大性能 2 566PFlops 每秒千万亿次浮点运算 峰值性能 4 701PFlops 系统效率 54 6 技压群雄获最新全球超算 TOP500 排名首位 成为全球最强超级计算机 黄仁勋与国家超级计算天津中心主任刘光明 天河一号 A 其实就这这一排排的机柜 真名应该叫 天河高效能计算机系统 天河一号 A 中的 GPU 运算节点 黄仁勋与国家超级计算天津中心杨灿群教授展示天河一号 A 中的 GPU 运算节点 杨灿群教授是天河一号主任设计师 国防科大计算机学院系 统软件研究室主任 天河一号 A 配备了 14336 颗 Intel Xeon X5670 2 93GHz 六核心处理器 32nm Westmere EP 2048 颗我国自主研发的飞腾 FT 1000 八核心处理器 以及 7168 块 NVIDIA Tesla M2050 高性能计算卡 总计 186368 个核心 224TB 内存 传说中的完全自主知识产权的飞腾 CPU 计算节点 八核 64 线程的飞腾 1000 处理器 现场展示的各种超算应用 天河一号 A 配备了 14336 颗 Intel Xeon X5670 2 93GHz 六核心处理器 32nm Westmere EP 以及 7168 块 NVIDIA Tesla M2050 高性能计算卡 总计 186368 个核心 224TB 内存 GPU 计算节点 其上为两路 MV TeslaM2050 至强 CPU 计算节点 黄仁勋先生与刘光明主任在天河一号前合影留念 参观行程之后 黄仁勋 中国国家超级计算天津中心主任刘光明和天河一号主任设计师 国防科大计算机学院系统软件研究室主任杨灿群在现场 接受了媒体的采访 以下为采访全文 问 天河一号问 天河一号 A 使用了使用了 14336 颗颗 Intel Xeon 和和 7168 块块 NVIDIA Tesla HPC 中中 CPU 和和 GPU 搭配的数量比例平衡由什么因素决定 搭配的数量比例平衡由什么因素决定 刘光明 是这样 基本上 我们在天河一号 A 中主要使用通用 CPU 做一些复杂计算 一些比较规程的大规模并行计算放到 GPU 上来做 我们在去年的 9 月份做了一次试验 根据现在的研究情况 这种 2 1 的比例比较合理 效率比较高 现在这台机器已经在硬件设计的时候设定 了这种比例 不会再做改变 不过现在是千万亿次 未来到万万亿次的时候 根据到时候的应用状况可能比例还会有变化 这个还需要继续的研 究 问 问 NVIDIA 未来有怎样的计划来推广未来有怎样的计划来推广 Tesla 产品 产品 黄仁勋 CPU GPU 的架构已经被证明在并行计算领域拥有非常高的性能和非常高的能效 这个道理非常简单 用最适合的处理器来运行最 合适的应用 就能获得最高的效率 就像所有中国的年轻人都知道的那样 要打造一台游戏 PC 获得最高性能 最高效率的方法就是购买 GeForce GPU 我们在设计 GPU 的时候已经加入了通用计算的思想 因此我们的产品现在不仅仅可以用来加速游戏图形 还可以将 GPU 运用在 通用科学计算领域 杨博士 刘博士的团队有这样的远见 在几年前就看到了将 GPU 应用在 HPC 中的潜力 事实上今天在科学计算 高性能计算领域的每一位 研究者都认识到 在超级计算机中使用 GPU 是一种非常有效的提升性能的方式 高性能计算领域的权威杂志 HPC Wire 本周刚刚撰文指出 GPU 加速已经是超级计算机领域的头号趋势 虽然现在这种趋势已经非常明显 但在两年前 当天河刚刚启动开发的时候 这种选择还是有相 当高的风险 我在这里首先要感谢杨博士 刘博士 感谢他们卓有远见的选择 天河一号 A 现在为全球的超级计算机设定了一个新标准 提升了人们对 HPC 的期待值 中国政府也已经认识到 在超级计算机领域的投资 实际上是对知识基础设施的投入 计算能力已经成了科研的命脉 投资超级计算机实际上和投资建设道路 高速互联网一样的重要 投资高性能 计算可以引领我们实现新的探索 新的发现 最终使各个产业受益 天津超算中心的这台超计算机 不仅对科研领域相当重要 对各个行业也都有相当关键的意义 就像刘博士介绍的那样 他们的超级计算机被应 用在医疗领域研发新药延长我们的生命 设计更好的汽车 飞机 甚至创造出色的电影 电视节目 超级计算已经渗透到了我们生活的各个方面 虽然 Tesla 已经在遍布全球的超级计算领域得到了相当大的成功 但我们的信仰 我们的策略是让 Tesla 应用在各行各业当中 让企业自己使用 Tesla 来进行产品开发 设计 让他们的产品更早的投放市场 创造更好 更具竞争力的产品 目前 全球最高能效超级计算机的前十名中 已经有 7 台使用了 Tesla 我相信 这呈现了一种趋势 未来将有越来越多的企业使用基于 GPU 通用计算的超级计算机 Tesla HPC 将成为一个非常庞大的市场 因此我们才和包括惠普 戴尔 IBM Cray SGI 浪潮等全球所有主流 的高性能计算 服务器厂商合作 向用户提供 Tesla 产品 用户现在可以在全球任何一个国家 通过任何一家主流厂商购买 Tesla 产品 问 如今硬件的销售越来越依赖于软件应用的发展 问 如今硬件的销售越来越依赖于软件应用的发展 NVIDIA 有没有类似苹果有没有类似苹果 App Store 那样的软件应用平台计划 吸引软件开发者的加入 那样的软件应用平台计划 吸引软件开发者的加入 黄仁勋 不错 每当你造出了一颗新的处理器 你必须要提供新的应用软件 我们在传播如何进行并行计算编程的领域 投入了大量的资源 CPU 代表着顺序执行 每次一个任务 而 GPU 拥有着大量的流处理核心 可以同步运作 我们必须创建一个有效的并行计算架构 同时也需要 教导普及全球的软件开发人员 如何来用全新的并行思想编程 我们一直在 CUDA 教育领域持续进行着推广 如今全球有接近 400 所大学在教授 CUDA 编程课程 CUDA 教材已经以英语 中文 日语 俄语等多种语言全球出版 全球注册 CUDA 开发人员超过 10 万人 设计 分析 数字创作等领域重要的第三方软件 包括 Adobe MATLab ANSYS AMBER 3DStudio MAX 等都已经支持 CUDA 我们现在还有很多的软件开发工作正在进行当中 如今 全球 CUDA 软件开发群体的增长势头非常迅猛 这是因为 全世界最快 中国最快 日本最快 俄国最快的超级计算机都在使用 CUDA 开发者们都希望能够使用这些最强的 HPC 来进行工作 同时 从苹果 惠普 戴尔 联想 到全球每一家网吧中的电脑 每一台拥有 GeForce 显卡的 PC 也都支持 CUDA 开发者们可以在自己的电脑上进行开发 CUDA 无处不在 有一点非常重要 在每家企业的多种计算应用中 往往只有一两个应用占用绝大部分的运算性能 不是所有的应用都同样重要 只要我们在 这些关键应用上应用 GPU 实现大幅提速 就能极大的提升他们的效率 问 天河一号问 天河一号 A 在性能 效率 能耗方面相比上代都有了大幅提升 这背后主要是在哪些方面进行了改进 在性能 效率 能耗方面相比上代都有了大幅提升 这背后主要是在哪些方面进行了改进 杨灿群 天河 1A 这一代系统的实际性能 计算效率大幅度的提高 主要有几个方面的原因 包括自主研发的新高速网络系统 软件优化后 提升了应用效率 以及 NVIDIA Tesla 并行计算 GPU 的加入 问 天河一号问 天河一号 A 如今已经是全球最快超级计算机 为了保持这种优势 我们未来需要有怎样的努力和创新 如今已经是全球最快超级计算机 为了保持这种优势 我们未来需要有怎样的努力和创新 NVIDIA 未来将对中国的超级未来将对中国的超级 计算机发展提供怎样的支持 计算机发展提供怎样的支持 刘光明 中国的高性能计算机发展经历了 30 多年的历程 从 1978 年的银河 1 开始 一直到现在的天河一号 A 这些努力并不是为了争得一 个世界第几的排名 确确实实是我们国家急需这样的高性能计算能力 作为天河来讲 在突破千万亿次大关的过程中 遇到了世界性的难题 从 2005 年到 2007 年 我们一直在进行研究 最终决定采用异构架构 即通用处理器和专用加速处理器结合的方式突破这一难题 这中间我们试验 过自己的军用流处理器 FT100 去年也尝试过 AMD 的 GPU 最后发现了 NVIDIA 的芯片性能更好 这里大家需要注意一点 高性能计算机能够做出来 做出 Linpack 测试到世界第一 并不等于能够在实际应用中用好 这是两个问题 如何 在异构结构下有效的编程是下一个大的挑战 我们有一个专门的团队从几年前就在开展这项工作 现在已经得到了不错的成绩 但未来还有很多 的任务要做 黄仁勋 刘博士说的很对 并行计算面临的困难非常多 但正确解决这些困难带来的效益也非常可观 整个行业过去 30 年都在努力想要解 决并行计算的难题 却几乎没有一家得到成功 直到 CUDA 的出现 我们终于找到了 CPU GPU 的异构计算模式 这项革命性的技术花费了 NVIDIA 公司多年的时间和数十亿美元的投资 NVIDIA 在并行计算领域的投资超过世界上任何一家企业 因为 CUDA 并行计算现在有一个非 常光明的前景 不过 在这一领域我们仍然面临着非常多的挑战 未来 我们将更加紧密的同刘博士的团队合作 创造下一台更强的超级计算机 系统 中国已经认识到超级计算机对未来各个领域的重要性 NVIDIA 非常荣幸能够在中国的超级计算机发展中提供自己的支持 世界现在已经越 来越小 科技领域的发展能够让全世界每一个人受益 中国超级计算机的进步实际上可以造福整个人类 我们将提供自己最出色的工程师来帮助 中国建造更高速的超级计算机 帮助他们更有效的进行并行计算编程 并在中国的所有高校普及并行计算教育 我相信 未来每一个从高校毕业 的计算机技术人员都将必备并行计算知识 串行计算是过去式 并行计算才代表了未来串行计算是过去式 并行计算才代表了未来 英伟达助天河一号成全球最快超级计算机 2010 年 10 月 27 日 全球超级计算机前 500 名榜单在美国新奥尔良会议中心正式揭晓 由中国国防科学技术大学研制 安装部署在中国国家超 级计算天津中心的 天河一号 超级计算机排名第一 在 LINPACK 基准测试中 该计算机性能高达 2 507 Petaflops 千万亿次 创下了全新的 性能纪录 成为当今世界最快的超级计算机 天河一号系统采用了 7168 颗英伟达 NVIDIA Tesla M2050 GPU 天河一号通过大规模并行 GPU 与多核 CPU 相结合 使超级计算 机在性能 尺寸以及功耗等方面取得巨大进步 成为当代异构计算的典型代表 该系统如果单纯只使用 CPU 的话 要实现同等性能则需要 50000 颗以上的 CPU 以及两倍的占地面积 更为重要的是 如果完全采用 CPU 打造 可实现 2 507 Petaflops 千万亿次 性能的系统将消耗 1200 万瓦特的电力 而天河一号 A 在异构计算环境中运用了 GPU 仅消耗 404 万瓦特的电力 节能效果高达 3 倍 二者之间的功耗之差足够满 足 5000 多户居民一年的电力所需 天河一号 峰值运算速度为每秒 4700 万亿次 做个换算对比 天河一号 运算 1 小时 相当于全