天河二号蕴含多项技术创新

ZDNet至顶网服务器频道 08月21日 ： 近期最热门的科技新闻之一无疑是天河二号于今年6月成功获全球最快超级计算机称号。近日我们有幸邀请到国防科技大学计算机学院教授、博士生导师、天河高性能计算机系统副总设计师卢凯，和国防科技大学计算机学院研究员、天河高性能计算机系统副总设计师朱小谦博士，来揭开天河二号神秘的面纱，向网友们介绍其包括在体系结构、异构计算模式、处理器等方面的多项技术创新。

全方位的技术创新

世界超级计算机的发展历程表明，计算能力每提高一个量级，都需要一系列关键技术的新突破。因此，在行家眼中，天河二号身上所凝聚的多项自主创新更值得学习和称道。

卢凯表示，第一个创新就是体系结构的创新。体系结构是超级计算机的“筋骨”，至关重要。当年在天河一号研制中，国防科大研究人员首创了CPU+GPU的异构融合计算体系结构，引领了世界超算的发展方向。此次在天河二号上，该院科研人员在体系结构上又实现了新的创新，即独创了新型“异构多态”体系结构，实现了多类型计算资源、输入输出资源和服务资源的灵活配置。

“这种‘异构多态’架构，使得天河二号不仅能满足以计算为核心的传统高性能计算需求，也能兼顾以事物处理为核心的信息处理和数据分析等需求，从而让天河二号成为了一个多面手。”卢凯说。

国防科技大学计算机学院教授、博士生导师、天河高性能计算机系统副总设计师 卢凯

其次，天河二号没有采用传统的“CPU+GPU”异构计算模式，而是大胆采用了“CPU+Xeon Phi”的“微异构”计算模式，即配备了48000颗英特尔至强融核协处理器和32000颗英特尔至强处理器。英特尔(中国)有限公司行业合作与解决方案部中国区总监凌琦表示，“微异构”(Neo-Heterogeneous Architecture)模式从硬件层面来看虽是异构，但却采用了统一的、已经为广大用户所熟悉和掌握的x86编程模型和应用开发及优化工具，这使得原来所有运行在至强处理器之上的高性能计算应用，都可以运行在微异构技术的平台之上，从而兼顾统一编程模式带来的便利，又能实现处理器和协处理器异构系统所能实现的出色并行计算性能。

在处理器层面还需要特别指出的是，天河二号服务阵列采用了国产CPU“飞腾-1500”，一共四千多颗，已经占到天河二号整个处理器用量的1/8。

软件方面，卢凯表示天河二号在系统管理方面比天河一号有很大的提升，例如采用了多层次的容错设计，采用了机器管理机器的自治的故障管理技术，等等，这使得系统管理人员能够及时地发现、诊断和处理故障。

此外，天河二号身上还有多项独创技术达到了世界领先水平——基于自主通信接口芯片和互连交换芯片设计实现了光电混合的自主定制高速互连系统，性能是当前国际上最先进的商用互连系统的2倍;采用综合化的能耗控制机制，能效比进入国际先进行列;设计实现了基于背板前后对插、水平盲插的高密度高精度组装结构，使得天河二号的计算密度处于国际领先水平。

天河二号夺冠消息传来之后，网络上也流传着一种评论，大意是超级计算机计算力的提升不过是靠“砸钱堆CPU”堆出来。对此，卢凯表示，与此前研制的天河一号相比，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，二者占地面积相当，执行相同计算任务的耗电量只有天河一号的1/3。“这可不是简单地堆CPU就能堆出来的。”卢凯说。