揭秘“天河一号”低效率之谜

　　6144 个英特尔通用多核处理器和5120个AMD图形加速处理器，内存总容量98TB（100352G），点对点通信带宽40Gbps，共享磁盘总容量达到 1PB（1048576G）——我国首台千万亿次超级计算机系统“天河一号”10月29日于长沙举办的“2009年全国高性能计算（HPC）学术年会”上正式亮相。

“天河一号”超级计算机

　　这台在最新发布的2009中国高性能TOP100榜单中位居首位的计算机，由国防科学技术大学研制，将于2009年底至2010年在滨海新区安装部署，成为国家超级计算天津中心的业务主机，并作为计算主结点加入国家网格，面向国内外市场提供超级计算服务。据悉，在接下来的时间里，天津滨海新区将与国防科技大学展开深入合作，以开拓和研发包括石油勘探数据处理、生物医药研究、航空航天装备研制、资源勘测和卫星遥感数据处理、金融工程数据分析、气象预报、新材料开发和设计、基础科学理论计算等方面的首批重大应用。

　　除了首位的“中国造”以外，此次榜单中入围机器的“中国血统”也在稳步增加。虽然美国制造的机器数量仍然占装机数量的55%，但比2008年的57%已经开始有小幅下降。国内厂商如曙光、浪潮、联想、神威、宝德等相继上榜，其中曙光公司更是夺走惠普公司连续七年所持有的中国TOP100数量份额第一的记录，共有27套系统入选。

　　尽管此次“天河一号”出现的时间比预期提前了一年，但中科院软件所研究员、中国TOP100作者张云泉博士表示，从性能提升比率上，TOP100的年比增速从2008年的3.29降低到了2.12 倍，而国际上平均性能接近22Tflops的时间为2008年6月，差距仍为一年半左右。在芯片与系统架构方面，采用通用芯片特别是国产通用芯片的千万亿次机器仍然有待出现。

“天河一号”超级计算机

　　在此次有关“天河一号”的观察中，一个有趣的现象引起许多与会专家关注，虽然这次所公布的有关“天河一号”的Linpack数值已经达到了 563.1Tflops，系统效能也超过2009年6月发布的Green500第五位，达到431.7MFlops/w，但是效率却仅为0.467，不仅普遍低于本次TOP100排行榜上的其他高性能计算系统，更是比第七名——南京大学的高性能计算系统的0.920的效率，低了将近50%。

　　另外，“天河一号”的互联通信子系统采用了两级Infiniband QDR互联，单个通信链路的通信带宽为40Gbps、延迟1.2微妙，这远比大量采用10GbE互联的高性能计算系统的效率还要低（一般采用GbE连接的 HPC效率能够达到0.5以上，而如果采用Infiniband，则一般都会在0.7以上，甚至会达到南京大学那台采用400x2的英特尔至强 5550+Infiniband系统的0.92）。

　　对于天河一号的效率问题，有相关人士猜测，其可能基于国家科研、实验的考虑，采用了国内自主研发的互联系统，而Infiniband的说法不过是“部分采用”，但由于技术尚未成熟，可能其效率受到其制约不能完全发挥出来。

　　而另外有人士分析，天河一号的效率问题很可能与其所采用的混合计算架构有关——天河一号除了采用英特尔至强5500系列处理器之外，还采用了ATI Radeon处理器（也就是通常所指的GPU）作为加速单元，而混合计算系统在Peak数值上面虽然可以突破千万亿次，但是在效率上面很可能会出现这样的较低效率——事实上，目前国外已经有一些案例证实，非混合计算系统，比如全部采用至强5500+Infiniband的组合，其效率甚至能够达到0.9。

　　当然，对于“天河一号”这台榜单上首次出现的CPU+GPGPU混合加速的千万亿次超级计算机，如果应付混合计算尤其是图形计算等特殊领域的需求，并不妨碍其混合计算系统发挥强大的计算性能。