天河二号超级计算机详细资料大全

“天河二号”是由国防科学技术大学研制的超级计算机系统，以峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算的优异性能位居榜首，成为2013年全球最快超级计算机。

2014年11月17日公布的全球超级计算机500强榜单中，中国“天河二号”以比第二名美国“泰坦”快近一倍的速度连续第四次获得冠军。2015年5月，“天河二号”上成功进行了3万亿粒子数中微子和暗物质的宇宙学N体数值模拟，揭示了宇宙大爆炸1600万年之后至今约137亿年的漫长演化进程。同时这是迄今为止世界上粒子数最多的N体数值模拟；11月16日，全球超级计算机500强榜单在美国公布，“天河二号”超级计算机以每秒33．86千万亿次连续第六度称雄。 2016年6月20日，新一期全球超级计算机500强榜单公布，使用中国自主晶片制造的“神威·太湖之光”取代“天河二号”登上榜首。2018年11月12日，新一期全球超级计算机500强榜单在美国达拉斯发布，中国超算“天河二号”位列第四名。

基本介绍中文名 ：天河二号、TH-2 外文名 ：Tianhe-2、Milkyway-2 属性 ：超级计算机 开发国家 ：中国 开发机构 ：中国国防科技大学 公布时间 ：2013年5月 世界排名 ：第四名（截止2018年11月13日） 落户位置 ：中山大学广州超算中心 使用机构 ：广州超级计算中心 运行系统 ：Kylin Linux  组成结构,技术参数,型号,处理器,前端处理器,存储,主架,连线,作业系统,能耗,主要特点,主要性能,套用领域,研究历程,前景展望,获得荣誉,排名第一,二连冠,三连冠,四连冠,五连冠,六连冠,让路神威,蝉联亚军,第四名,存在问题,社会评价, 组成结构 天河2号由16000个节点组成，每个节点有2颗基于Ivy Bridge-E Xeon E5 2692处理器和3个Xeon Phi,累计共有32000颗Ivy Bridge处理器和48000个Xeon Phi,总计有312万个计算核心。 每个Xeon Phi使用其中的57个核心，而不是使用全部的61个，因为使用61个在运算周期协调方面会有问题，而使用57个核心能够加速4个执行执行绪，并且在每个执行绪单周期可以达成4Gflops的运算量，运行在1.1GHz的Xeon Phi可以生产1.003 Tflops的双精度运算能力。如果考虑CPU,2 Ivy Bridge * 0.2112 Tflop/s + 3 Xeon Phi * 1.003 Tflop/s=3.431 Tflops,2个Ivy Bridge+9个Xeon Phi单个节点可以有3.431 Tflops运算能力，16000个节点总计可达54.9PFlops性能。每个运算节点有256GB主存、而每个Xeon Phi板载8GB记忆体，因此每个节点共有88GB记忆体，总计16000个节点一共有1.404 PB记忆体，而外部存储器容量方面更是高达12.4PB. 天河二号 在每个主机板上有2个计算节点，而每个框架则有16个主机板，4个框架组成一个机柜，整个系统由125个机柜组成。每个计算节点主机板分为两块，一块CPU一块APU,CPU上有4核Ivy Bridge、记忆体和一个Xeon Phi协处理器,而APU基板上则承载着5个Xeon Phi协处理器.CPU和APU之间有5个水平插入的连结口，由Ivy Bridge内置的PCI-E 2.0进行连线，虽然Ivy Bridge内置为PCI Express 3.0接口，但Xeon Phi仅支持2.0,单个通路为10Gbps频宽。 计算节点的前端处理器为4096个FT-1500处理器， FT-1500处理器是由国防科技大学为天河1研发，其可以说是天河1项目的最大收获，其为16核心的Sparc V9架构处理器，在40nm工艺情况下运行频率为1.8Ghz,峰值性能为144 Gflops/s,功耗为65W,但相比英特尔22nm 12核 2.2GHz 211Gflops/s性能的Ivy Bridge还是有明显差距。 天河2互联方面采用自主研发的 Express-2 内部网际网路，其为有13个交换机，而每个交换机有576个连线埠。连线介质为光电混合。具体控制器是名为NRC的ASIC专用目的积体电路，其采用90nm工艺，封装尺寸为17.16x17.16 mm,共有2577引脚。单个NRC的吞吐能力为2.56Tbps.而在终端方面网路接口也采用类似结构的NIC,但规模稍小，为10.76x10.76 mm, 675 pin,其采用PCIE 2.0方式连线，传输速率为6.36GB/s.并且在在12000节点的情况下延迟也很低，仅为85us. 而在计算能力方面，使用14336个节点 总计50GB记忆体进行LINPACK测试，理论性能为49.19Pflops,而实际测试性能为30.65Pflops,效率为62.3%.这个效率并不算高，还有很大最佳化提升潜力。当然也可能是被Xeon phi仅支持PCI Express 2.0频宽不足限制。 上面测试使用了16000个节点中的14336个，运用了90%的规模，基本可以代表天河2的整体性能表现。天河2的性能部件（处理器、记忆体、互联）整体功耗为17.6MW,而整体的运算能力为30.65PFlops,这样计算每瓦的性能为1.935Gflops,这个性能/功耗比可以排在超算TOP500的前五，其整体性能/功耗比十分出色。 系统的整体功耗为17.6 MW,并且这个功耗还不包括水冷这样的散热系统，如果考虑上整体功耗将高达24MW,广州国家超算中心将采用城市供水系统构建高散热效能的冷却系统，有能力可以提供80KW系统的散热能力。 天河二号超级计算机系统由170个机柜组成，包括125个计算机柜、8个服务机柜、13个通信机柜和24个存储机柜，占地面积720平方米，记忆体总容量1400万亿位元组，存储总容量12400万亿位元组，最大运行功耗17.8兆瓦。天河二号运算1小时，相当于13亿人同时用计算器计算一千年，其存储总容量相当于存储每册10万字的图书600亿册。相比此前排名世界第一的美国“泰坦”超级计算机，天河二号计算速度是“泰坦”的2倍，计算密度是“泰坦”的2.5倍，能效比相当。与该校此前研制的天河一号相比，二者占地面积相当，天河二号计算性能和计算密度均提升了10倍以上，能效比提升了2倍，执行相同计算任务的耗电量只有天河一号的三分之一。 技术参数 型号 天河二号型号为TH-IVB-FEP 处理器前端处理器存储主架连线 使用光电混合传输技术（Optoelectronics Hybrid Transport Technology），使用自制的TH Express-2主干拓扑结构网路连线，以13个大型路由器通过576个连线连线埠以光电传输介质与各个运算节点互联，控制器名为NRC，使用90纳米制程，单个控制器的数据吞吐量2.56Tbps，终端网路接口使用名为NIC的控制器，以PCI-E 2.0接口连结，数据传送速率6.36GB/s。 作业系统 麒麟作业系统、基于SLURM（Simple Linux Utility for Resource Management，资源管理用单一Linux公用程式）的全局资源管理。 Ubuntu Linux。（Ubuntu OpenStack运行在256个高性能节点上，而且在接下来的数月将会增长至超过6400个节点。OpenStack和Ubuntu的编制工具Juju都将运行在天河二号上，使国防科技大学的合作伙伴和联盟机构能够快速部署和管理高性能云环境） 能耗 整机功耗17,808千瓦，在搭载水冷散热系统以后，功耗将达到24兆瓦，无论水冷系统的搭载与否，都是目前TOP500里功耗最大的 天河二号电费每年达1亿人民币 以6月17日公布的数据推算，每瓦性能为1.901GFLOPS，仍不及泰坦的每瓦2.143GFLOPS和IBM红杉每瓦2.177GFLOPS的成绩，但比"京"的每瓦0.830GFLOPS每和天河一号每瓦仅0.668GFLOPS都要高不少。 主要特点 天河二号是当今世界上运算速度第二快的超级计算机，综合技术处于国际领先水平。 它有五大特点：一是高性能，峰值速度和持续速度都创造了新的世界纪录；二是低能耗，能效比为每瓦特19亿次，达到了世界先进水平；三是套用广，主打科学工程计算，兼顾了云计算；四是易使用，创新发展了异构融合体系结构，提高了软体兼容性和易编程性；五是性价比高。 主要性能 2013年6月，天河二号以峰值速度（Rpeak）每秒54,902.4TFLOPS（万亿次浮点运算）、持续速度（Rmax）33,862.7TFLOPS，超越泰坦超级计算机（Rpeak 27,112.5TFLOPS，Rmax 17,590.0TFLOPS），成为当今世界上最快的超级计算机。这个成绩于2013年6月17日提交至TOP500。实际上，在早前的运行测试中，仅使用16,000个运算节点中的90%，亦即14,336个节点，LINPACK运算速度就达到30.65PFLOPS的性能水准，超过前任“泰坦”的74%。国际TOP500组织2013年11月18日公布了最新全球超级计算机500强排行榜榜单，“天河二号”以比第二名美国的“泰坦”快近2倍的速度登上榜首。 同样在2013年6月，天河二号以2,061GTEPS的成绩在Graph500上排名第六。Graph500是一个对超级电脑的数据密集型运算处理性能进行的一个排行榜，在此榜单上排位第一的是IBM红杉，成绩是15,363GTEPS。 “天河二号”的系统存储总容量相当于600亿册每册10万字的图书。假设每人每秒钟进行一次运算，“天河二号”运算一小时，相当于 13亿人同时用计算器算上1000年。 套用领域 天河二号已套用于生物医药、新材料、工程设计与仿真分析、天气预报、智慧城市、电子商务、云计算与大数据、数字媒体和动漫设计等多个领域，还将广泛套用于大科学、大工程、信息化等领域，为经济社会转型升级提供重要支撑。 天河二号逐步在生命科学、材料科学、大气科学、地球物理、宇宙、经济学，以及大型基因组组装、基因测序、污染治理等一系列事关国计民生的大科学、大工程中“大显身手”。此外，国家超算广州中心积极推动国际交流与合作，利用天河二号为国外研究机构提供高性能计算服务。 据悉，科技部近年不断加大对超算套用软体研发的投入。“十二五”以来的相关研发投入已超过2亿元。预计“十三五”期间投入将进一步加大。 根据该专项“面向大规模科学计算的高性能多核CPU”课题计画安排，2011年中国将采用FT-1500CPU构建全自主国产千万亿次计算机——“天河二号”。 借助天河二号的“计算神功”，国产C919大型客机开展了高精度外流场气动计算；中科院上海药物研究所开展了75万个小分子化合物的结合亲和力评估，完成了600多个各类药物的体内外活性测试评价。天河二号适配了广州市电子政务数据管理系统和云盘存储系统等，为智慧城市建设搭建高效可靠的承载平台…… 研究历程 2009年，中国首台千万亿次计算机“天河一号”研制成功，运行“核高基”专项支持研制的银河麒麟作业系统，名列当年的国际超级计算机TOP 500排行榜世界第五位、亚洲第一位的排名，并使中国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家。 2010年时，我国研制的首台千万亿次超级计算机“天河一号”曾在全球TOP 500超级大型计算机排行榜中排名第一，但在2011年时被日本最新研发的超级计算机“京”超越了。到了2012年，美国的“泰坦”又超越了日本的“京”。 “天河二号”由280人历时两年多研制完成，耗资约1亿美元。研发耗资约1亿美元，由国家科技部、广东省人民 *** 、广州市人民 *** 共同出资建设。 2013年下半年，它将在广州超级计算中心投入运行，其先导系统已开始为生物医药、新材料等领域用户提供服务。 从2010年11月14日天河一号排名世界第一到2013年6月17日天河二号再登世界超算之巅，从天河一号4.7千万亿次到天河二号5.49亿亿次，从超级计算机由千万亿次级(1015)迈入亿亿次级(1016)计算速度，这是国防科技大学天河团队再次创造的“中国速度”。 目前，天河二号超级计算机在国家超算广州中心已正式投入运行，为120多家用户提供了300多项典型套用计算。同时，为用户培训了一批超算套用技术人才。 2015年5月，由北京师范大学、国防科技大学、加拿大理论天体物理研究所、北京大学、中科院高能物理研究所联合组成的宇宙中微子数值模拟团队，经过一系列技术攻关，在“天河二号”上成功进行了3万亿粒子数中微子和暗物质的宇宙学数值模拟，揭示了宇宙大爆炸1600万年之后至今约137亿年的漫长演化进程。 2018年9月11日获悉，国防科技大学吴俊杰团队与上海交通大学金贤敏合作，在国际上最先开启了称霸标准的研究，被称为量子霸权。 前景展望 目标是到2020年，形成中国高端通用晶片和基础软体产品的自主研发与产业体系。面向3G移动通信网路的智慧型手机嵌入式软体平台以及3G套用网路化运行平台的研发及产业化，"核高基"专项安排了"智慧型手机嵌入式软体平台研发及产业化"和"面向新型网路套用模式的网路化作业系统"课题，已经取得较大进展。” 获得荣誉 排名第一 2010年，中国国防科学技术大学研制的“天河一号”曾在第三十六届超级计算机TOP500榜单上名列第一，2011年时排名第二，2012年排名已下降至第五，我“天河二号”又重返冠军领奖台。 二连冠 2013年，在德国莱比锡举办的2013年度全球超级计算机技术大会，负责调查有关全球各国研发大型超级计算机排行情况的国际大型超级计算机TOP 500组织，公布了最新全球超级计算机TOP 500强排行榜榜单；在本次大会上由中国 *** 国家科技部与中国国防科学技术大学共同研制的名为“天河二号（”又称银河2号）的大型超级计算机以每秒33.86千万亿次的浮点运算速度成为全球最快的超级计算机。 三连冠 2014年6月，由国防科技大学研制并落户国家超级计算广州中心的天河二号超级计算机，23日再次荣登全球超级计算机500强排行榜榜首，获得世界超算“三连冠”。天河二号超级计算机是国防科技大学承担的国家“863”计画和“核高基”国家科技重大专项项目。 四连冠 2014年11月，在美国纽奥良市召开的世界超级计算机大会上，天河二号在国际TOP500组织首次正式发布的超级计算机高性能测试排行榜上位居世界第一。此前，由该组织发布的第44届世界超级计算机500强排行榜中，天河二号以峰值计算速度达每秒5.49亿亿次、持续计算速度达每秒3.39亿亿次位居榜首，获得“四连冠”。 五连冠 2015年7月13日，国际TOP500组织在德国举行了2015年国际超级计算机大会，并在大会上发布全球超级计算机500强最新榜单，中国“天河二号”以每秒33.86千万亿次的浮点运算速度第五次蝉联冠军，获得“五连冠”。 六连冠 2015年10月16日，新一期全球超级计算机500强榜单在美国公布，“天河二号”超级计算机以每秒33．86千万亿次连续第六度称雄。 让路神威 2016年6月20日，新一期全球超级计算机500强榜单公布，使用中国自主晶片制造的“神威太湖之光”取代“天河二号”登上榜首，中国超算上榜总数量也有史以来首次超过美国名列第一。 据国际TOP500组织当天发布的榜单，“神威太湖之光”的浮点运算速度为每秒9.3亿亿次，不仅速度比第二名“天河二号”快出近两倍，其效率也提高3倍。更重要的是，与“天河二号”使用英特尔晶片不一样，“神威太湖之光”使用的是中国自主智慧财产权的晶片。 　 蝉联亚军 2016年11月，新一期全球超级计算机500强（TOP500）榜单，“天河二号”依然以每秒33.86千万亿次的浮点运算速度排名第二。 2017年6月19日，全球超级计算机500强榜单公布，“天河二号”以每秒3.39亿亿次的浮点运算速度排名第二｡ 2017年11月13日，新一期全球超级计算机500强榜单发布，中国超级计算机“神威·太湖之光”和“天河二号”连续第四次分列冠亚军，且中国超级计算机上榜总数又一次反超美国，夺得第一。此次中国“神威·太湖之光”和“天河二号”再次领跑，其浮点运算速度分别为每秒9.3亿亿次和每秒3.39亿亿次。 第四名 2018年11月12日，新一期全球超级计算机500强榜单在美国达拉斯发布，中国超算“天河二号”位列第四名。 存在问题 速度第一效率落后 天河二号的实用性、效率难令人满意。，2014年6月公布的世界超算500强天河二号计算效率为61.7%，效率排名第一的IBM nx360M4效率高达99.8%，速度排名第四的日本k计算机以93.2%效率排名效率第十八。 高性能处理器缺少 2015年4月9日，美国商务部发布报告，决定拒绝英特尔公司向中国的国家超级计算广州中心出售至强晶片用于天河二号系统升级的申请。国家超级计算长沙中心、广州中心、天津中心和国防科技大学四家国家超算中心被列入出口管制名单。 社会评价 电机电子工程师学会认为天河二号的落成以及重登TOP500第一“标志著中国坚定承诺将在超级电脑领域发起一轮军备竞赛”。目前，在总览TOP500内中华人民共和国拥有66组超级电脑，仅次于美利坚合众国的252组系统。 TOP500排行榜主要编撰人之一、美国田纳西大学计算机学教授杰克·唐加拉对新华社记者说：“‘天河二号’是一个非常强大的计算系统，它在第一名的位置上再占据一年时间，我也不会感到惊讶的。

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

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。

中国在超级计算机榜单中有着上佳表现，天河一号由国防科学技术大学研制，部署在国家超级计算天津中心，其实测运算速度可以达到每秒2570万亿次（这意味着，它计算一天，相当于一台家用电脑计算800年，当然，其花费和占据的空间，能耗也是惊人的）。排在第二的是美国的美洲虎，实测运算速度可达每秒1750万亿次。 排名第三的是中国曙光公司研制的星云高性能计算机，其实测运算速度达到每秒1270万亿次。前三占据了2名。

国际TOP500组织14日在网站上公布了最新全球超级计算机前500强排行榜，中国首台千万亿次超级计算机系统“天河一号”雄居第一。

TOP500是全世界最权威的超级计算机排名榜。从1993年起，作为对全球已安装的超级计算机进行排名的权威机构，国际TOP500组织以计算机实测速度(Linpack测试值)为基准，每年两次发布世界上最快的500台超级计算机排名。14日公布的是第36版排行榜。

经过技术升级之后，我国首台千万亿次超级计算机“天河一号”性能实现飞跃，运算速度达到当前国际领先水平。这是中国高性能计算机TOP100组织28日公布的消息。

同日发布的2010年度中国高性能计算机前100强排行榜上，由国防科技大学研制的“天河一号”二期系统以每秒4700万亿次的峰值性能和每秒2507万亿次的实测性能位居榜首。

与目前已知的全球最快计算机——美国“美洲虎”超级计算机相比，“天河一号”的实测性能是它的1．425倍。与诞生于一年前的“天河一号”一期系统相比，二期系统的峰值性能和持续性能分别提高了2．89倍和3．45倍。

最新的全球排名将于11月中旬发布。中科院软件所研究员张云泉认为，“天河一号”可望问鼎世界超级计算机性能之首。

新的“天河一号”机柜从113个增加至140个，“刀片”即计算结点由竖向插入改为横向插入。尽管从外表上看变化并不大，“天河一号”工程办公室主任李楠表示，这次升级不是简单的规模扩张，而是实现了一系列重大技术突破。

在升级后的系统中，互联芯片全部替换为国防科大自主研制的产品，性能是目前国际商用芯片的两倍。CPU（中央处理器）也首次部分采用这所大学自主研制的“银河飞腾1000”芯片，数量约占全部CPU的七分之一。

“我们自己的CPU完全能够实现全部替换，但目前应用软件的发展尚未跟上，需要逐步过渡。”李楠说，“从个体性能来看，我们的CPU与世界先进水平还有差距，正在研制中的下一代CPU将瞄准世界最前沿。”

除此之外，二期系统还在大规模集成电路芯片、结点机、网络、印制电路板和操作系统、编译系统等关键技术上成功升级，在异构融合体系结构、基于高阶路由的高速互联通信、高性能虚拟计算域等方面取得了新的突破。

同时，由于采用了世界最先进的水冷制冷等技术，新一代“天河一号”的能效值提升了近50%，是仅次于IBM“蓝色基因”的世界上最节能的超级计算机。

作为国家超级计算天津中心的业务主机，“天河一号”已在天津市滨海新区部署并投入使用，在石油勘探、高端装备研制、生物医药、动漫设计、新能源、新材料、工程设计与仿真分析、气象预报、遥感数据处理、金融风险分析等领域获得了成功应用。

作为中国首个具有千万亿次计算能力的超级计算中心，天津中心与企业、科研院所和高校合作，已建立3个分中心和5个信息处理平台，为20多个用户单位提供了高性能计算服务。

“超级计算机将为提高国家科技创新能力、促进战略新型产业技术创新提供强大的高性能计算支撑。”李楠说，“在我国产业从‘中国制造’迈向‘中国设计’的过程中，这是一项重要的基础设施。”

“天河一号”一期系统于2009年9月研制成功，这标志着我国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家。目前，我国拥有“天河一号”和“曙光星云”两台千万亿次超级计算机系统。

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