科研人員在對(duì)“天河一號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)性能測(cè)試。新華社發(fā)（何書遠(yuǎn)攝）

“國(guó)際計(jì)算機(jī)界認(rèn)為，從百萬億次提升到千萬億次是一個(gè)質(zhì)的變化，不可能通過單純擴(kuò)大規(guī)模來實(shí)現(xiàn)，而是需要體系結(jié)構(gòu)上的改變。”國(guó)防科技大學(xué)教授竇文華說，“天河一號(hào)”采用了全新的多陣列可配置協(xié)同并行的體系結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)性能的提升。竇文華認(rèn)為，這種體系結(jié)構(gòu)具備構(gòu)建下一個(gè)量級(jí)即萬萬億次計(jì)算機(jī)的能力，將會(huì)成為下一代高新計(jì)算機(jī)的主流結(jié)構(gòu)。

“某些領(lǐng)域的現(xiàn)實(shí)需求，已經(jīng)超出了目前巨型機(jī)的能力。”竇文華說，氣候預(yù)報(bào)、環(huán)境控制、飛行器設(shè)計(jì)、系統(tǒng)生物學(xué)等領(lǐng)域都需要千萬億次甚至更高性能的計(jì)算機(jī)。因此，“天河一號(hào)”投入使用后，必將推動(dòng)科學(xué)研究的速度。

七大技術(shù)四大特點(diǎn)

一臺(tái)千萬億次的“天河一號(hào)”，是否等于10個(gè)百萬億次巨型機(jī)之和？中國(guó)科學(xué)院院士周興銘說，系統(tǒng)的效能絕不是各單元計(jì)算效能的簡(jiǎn)單疊加。

“如果用高性能微處理器直接堆出一個(gè)千萬億次的系統(tǒng)，功率會(huì)大得驚人，用戶可能連電費(fèi)都付不起，同時(shí)機(jī)器的可靠性很低，根本無法穩(wěn)定工作。表面上看‘干活’的器件多了，結(jié)果卻是‘三個(gè)和尚沒水吃’。”周興銘說，“天河一號(hào)”采用7項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，使得“一加一”的結(jié)果盡量接近“二”，從而發(fā)揮出機(jī)器最大的整體效能。

這7項(xiàng)技術(shù)包括：多陣列可配置協(xié)同并行體系結(jié)構(gòu)、高速率擴(kuò)展互聯(lián)通信技術(shù)、高效異構(gòu)協(xié)同計(jì)算技術(shù)、基于隔離的安全控制技術(shù)、虛擬化的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算支撐技術(shù)、多層次的大規(guī)模系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)和系統(tǒng)能耗綜合控制技術(shù)。

周興銘介紹說，這臺(tái)計(jì)算機(jī)具有四大特點(diǎn)：

——高性能。無論是1206萬億次的峰值性能，還是563.1萬億次的Linpack實(shí)測(cè)性能，均位于國(guó)內(nèi)榜首、世界一流。

——低能耗。能耗是每瓦電創(chuàng)造的計(jì)算效能，“天河一號(hào)”目前能效為每瓦4.3億次運(yùn)算，與2009年6月公布的Top500（全球超級(jí)計(jì)算機(jī)前500強(qiáng)）排名第一的美國(guó)“走鵑”（Roadrunner）相當(dāng)。參照2009年6月公布的Green500（全球綠色超級(jí)計(jì)算機(jī)前500強(qiáng)）排名，“天河一號(hào)”可以位居第5。

——高安全。“天河”實(shí)現(xiàn)了不同用戶間數(shù)據(jù)和工作信息的相互隔離。對(duì)用戶來說，相當(dāng)于到銀行租個(gè)保險(xiǎn)柜，鑰匙掌握自己手里。

——易使用。“傻瓜化”的操作界面和菜單、鼠標(biāo)等常規(guī)操作，讓機(jī)器的使用變得簡(jiǎn)單。同時(shí)，作為一臺(tái)國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)化的超級(jí)計(jì)算機(jī)，“天河”上能運(yùn)行來自各行業(yè)的各種程序，不存在兼容性問題。

公共服務(wù)設(shè)施承載三大功能

“天河一號(hào)”將于2009年底至2010年在天津市濱海新區(qū)落戶，成為國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心的業(yè)務(wù)主機(jī)，面向國(guó)內(nèi)外提供超級(jí)計(jì)算服務(wù)。

“天河”工程辦公室主任李楠說，“天河一號(hào)”在投入使用后將實(shí)現(xiàn)三大功能。

第一，作為提供超級(jí)計(jì)算服務(wù)的全球公共科研設(shè)施，“天河”向國(guó)內(nèi)外用戶開放。無論身在何處，用戶都可以通過國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)使用“天河”進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。

第二，作為產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)平臺(tái)，“天河”上集中的當(dāng)今時(shí)代最先進(jìn)的信息技術(shù)將逐步轉(zhuǎn)移到其他產(chǎn)業(yè)，從而解決國(guó)家與社會(huì)發(fā)展中的各種問題。

第三，作為吸引人才的平臺(tái)，“天河”將進(jìn)一步匯聚來自世界各地的尖端技術(shù)人才，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和世界科技的可持續(xù)發(fā)展作出更多貢獻(xiàn)。

李楠說，“天河”將用于石油勘探數(shù)據(jù)處理、生物醫(yī)藥研究、航空航天裝備研制、資源勘探和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)處理、金融工程數(shù)據(jù)分析、環(huán)渤海生態(tài)動(dòng)力和污染數(shù)值模擬、基礎(chǔ)科學(xué)理論計(jì)算等方面。

“天河一號(hào)”千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 新華社發(fā)（何書遠(yuǎn)攝）

能代替人腦嗎？

“計(jì)算機(jī)無法代替人腦。”國(guó)防科技大學(xué)教授李思昆說，人腦與計(jì)算機(jī)的一個(gè)根本區(qū)別在于，人能夠發(fā)現(xiàn)規(guī)律，而計(jì)算機(jī)只能根據(jù)人發(fā)現(xiàn)的規(guī)律和設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行計(jì)算。

李思昆說，超級(jí)計(jì)算機(jī)之所以能與人對(duì)弈，就是因?yàn)槿藗儼严缕宓囊?guī)律轉(zhuǎn)化成了可以計(jì)算的模型。

“辯證法認(rèn)為，世界是有規(guī)律的。但還有很多問題比如愛情，人類尚未發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律，而已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的規(guī)律中也有可計(jì)算的和不可計(jì)算的。換句話說，只要人類能夠發(fā)現(xiàn)規(guī)律、并且找到方法把規(guī)律變成可計(jì)算的問題從而建立起物理和數(shù)學(xué)模型，計(jì)算機(jī)就能夠替代人類在這些問題中的勞動(dòng)。”李思昆說。

人腦的奇妙性，讓科學(xué)計(jì)算與世界無限未知的哲學(xué)命題緊密相連。

僅就代數(shù)計(jì)算而言的話，“天河一號(hào)”一秒鐘能進(jìn)行1206萬億次計(jì)算，人卻只能進(jìn)行大約一次運(yùn)算。然而，記住對(duì)方的長(zhǎng)相這樣一個(gè)人在瞬間就能完成的圖像識(shí)別工作，計(jì)算機(jī)卻要經(jīng)歷一個(gè)極其復(fù)雜的并行計(jì)算過程。

“今天看來不可計(jì)算的規(guī)律，在未來某天也許能夠進(jìn)行計(jì)算。但人類又會(huì)不斷發(fā)現(xiàn)更多未知的領(lǐng)域和更多不可計(jì)算的規(guī)律。”李思昆說。

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