天河一号又最牛 盘点超算TOP100(附下载)

在10月28日召开的2010年全国高性能计算学术年会上，中国高性能计算机排行榜Top100再度被刷新。国防科大研制的“天河一号”以2507万亿次的Linpack成绩再度取得了第一名，并有望冲击年底世界高性能计算排行榜第一名。那么抛却性能排行不谈，这些超级计算机都用在了哪些行业呢？

一、天河一号TOP100再夺魁，有望冲击TOP500冠军

以行业属性和应用领域来划分，top100榜单上的超级计算机中有30套系统面向的是科学计算（涵盖面较广，如高校科研教育、工业科研等），17套系统面向的是能源和地球物理方面的计算，工业计算16套（不包括游戏行业），游戏领域9套，政府部门应用9套，电信领域6套，气象与地理研究6套，生物研究4套等（太小规模的应用或不参与评选的领域未计入）。我们挑出了较有特色的几个领域做出如下解读，提升top100的趣味性。

在过去一年里，天河一号进行了大升级，目前的配置是14336颗英特尔六核至强X5670 2.93GHz CPU和7168颗Nvidia Tesla M2050 GPU和2048颗自主研发的八核飞腾FT-1000 CPU。处理内核数突破20万颗，是去年24576颗的8.25倍。其实，天河一号不仅仅是升级，而是几乎更新了整个结构，上一代采用的是英特尔四核CPU+ATI GPU，通过Infiniband互连，而新一代则是英特尔六核CPU+NVIDIA GPU+自主八核飞腾CPU，通过专有网络互连(51CTO推荐阅读：真实的谎言！天河一号排名中国第一超算名不副实)。

▲现场展出的新一代天河一号超级计算机系统 

▲自主设计的FT-1000 CPU

天河一号的峰值计算性能达到了4.7Pflops，即每秒4.7千万亿次，是上一代的3.9倍，Linpack值达到2.507Pflops，达到上一代的4.4倍。与排名第二的曙光“星云”相比，天河一号的峰值性能是其1.57倍，Linpack性能是1.97倍。另外，通过采用双精度性能更高的GPU后，天河一号的系统效率，即Linpack值与理论峰值的比率，也由原来的47%提高了现在的53.3%。

而且，值得一提的是，天河一号的Linpack性能比目前TOP500第一名的Cray机器还要高，是后者的1.425倍。因此，天河一号还非常有希望在11月中旬将要公布的新一期TOP500中取得冠军地位，结果如何，让我们拭目以待。

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二、10万核以上的超大规模计算系统出现，应用堪忧

在今年的TOP100排行榜上，出现了两台拥有10万个处理内核以上的超级计算机系统，这些内核包括普通的CPU核和GPU核。其中，天河一号的计算内核数更是超过了20万颗，达到202752颗。TOP10系统采用的处理器核数如下表所示：

这种超大系统的出现对技术和应用两方面都提出了很多挑战，包括计算效率、功耗、管理、I/O、占地面积、应用软件等等，尤其是应用软件可能会成为很大的瓶颈。据上海超算统计，2009年其使用16核以下的作业占到了60%，17-160核的作业占39%，160核以上仅仅占到1%。这也意味着很多大机器被各类超算中心买去之后，实际上都会拆分成若干块分给不同单位或部门去使用，因此并没在起到大机器应有的作用。

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要解决这个问题，一方面，我们需要开发出可以使用到千核以上的应用，以充分发挥大机器应有的作用;另一方面，其实也可以考虑将“HPC与云计算”更好结合，让高性能计算资源池化和自动化，让更多中小企业来使用。

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三、GPU加速流行，其中5套进了TOP10

GPU加速已经成为做大系统的“绝招”。在最新的榜单上，采用CPU+GPU混合架构的高性能计算机就达到了7套之多(如下表所示)，而且都是2010年新安装的，其中有6套是英特尔CPU与NVIDIA GPU的搭配，另一套是英特尔CPU与AIT GPU的搭配。而且值得关注的是，在TOP10中，就有5套采用了CPU+GPU的结构。

英特尔与NVIDIA这对老冤家明争暗斗，没想到在用户这里却成了好搭档。从大多数系统所使用的GPU来看，基于Fermi架构的NVidia Tesla C2050受到了一致的青睐。这也似乎意味着NIVIDA在经过几年艰辛推广之后，终于迎来了春天。

不过值得注意的是，GPU系统也并非完美无缺，除了软件编程和移植比较难之外，计算系统效率低也是此次TOP100反映的一个现实。这7套GPU系统的计算效率都比较低，最低的只有18.3%，最高的也不过54%，而一般CPU集群的效率最高可突破90%，比如排名第20位的安装在南京大学的IBM BladeCenter HS22刀片集群的效率就达到92%。

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四、厂商集中化趋势非常明显，曙光和IBM占三分之二

从最新一期的TOP100来看，厂商的集中化趋势非常明显，表现在：一是有一些厂商退出了排行榜，比如SGI、银河风云、蚬壳星盈等;二是份额越来越多的掌握在少数两三家厂商手中，仅曙光和IBM两家的份额之和就超过了62%，几乎在重演2007年的市场格局。

另外从发展趋势来看，笔者统计了2007年-2010年的数据，发现曙光和IBM都在不断扩大各自在HPC领域里的优势地位，尤其是IBM已经连续四年稳步增长，曙光今年的增长幅度也尤其高，相反，HP的份额却在不断减少，一增一减形成了非常鲜明的对比。

显然，厂商的过度集中化，对于整个产业的健康发展并非好事，因为一方面市场需要竞争，从而可为用户提供更高性价比的产品和服务，另一方面，产业也需要创新，特别是在云计算、物联网的时代，需要有众多的、有不同专业优势的大小厂商一起参与创新。

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五、高性能计算在物联网的应用值得关注

石油勘探、科学计算、互联网、工业、电信、教育仍然是我国高性能计算的主力军。不过，随着许多新兴行业的发展，也对大型超级计算机产生了新的需求，比如生物信息、视频计算、动漫渲染、电子商务等。

今年尤其值得关注的是HPC在物联网领域里的应用——无锡物联网云计算中心的曙光5000排在第80位。物联网的发展会产生大量的数据需要计算处理，对超级计算机有着强烈的需求，虽然目前物理网还处于起步阶段，但相信随着物联网的发展，会有越来越多的HPC系统出现。

《2010年中国高性能计算机性能TOP100排行榜》请到这里下载。

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