世界上最快的計算機 泰坦和天河二號

2021-09-01 19:50:22 字數 4229 閱讀 9435

no.1 天河二號(th-2,英文名:tianhe-2、milkyway-2):

是一組由中國國防科技大學等單位研製的異構超級計算機,為天河一號超級計算機的後繼者,2023年6月起成為世界上最快的超級計算機,超過第二名泰坦近一倍。

天河二號的組裝和測試由國防科技大學和浪潮集團來負責,將於2023年底入駐廣東省

廣州的國家超級計算廣州中心並進行驗收,以後將對外開放接受運算專案任務,用於實驗、科研以及教育領域。天河二號造價達一億美元,整個系統占地面積達720平方公尺。

2023年6月,天河二號以峰值速度(rpeak)每秒54,902.4tflops(萬億次浮點運算)、持續速度(rmax)33,862.7tflops,超越泰坦超級計算機(rpeak 27,112.5tflops,rmax 17,590.0tflops),成為當今世界上最快的超級計算機。這個成績於2023年6月17日提交至top500。

實際上,在早前的執行測試中,僅使用16,000個運算節點中的90%,亦即14,336個節點,linpack

運算速度就達到30.65pflops的效能水平,超過前任「泰坦」的74%。

同樣在2023年6月,天河二號以2,061gteps

的成績在graph500上排名第六。graph500是乙個對超級電腦的資料密集型運算處理效能進行的乙個排行榜,在此榜單上排位第一的是ibm紅杉,成績是15,363gteps。

天河二號的型號為th-ivb-fep,使用**處理器及協處理器的運算架構布局:

天河二號共有16,000個運算節點,每節點配備兩顆xeon e5 12核心的**處理器、三個xeon phi 57核心的協處理器(運算加速卡)。累計32,000顆xeon e5主處理器和48,000個xeon phi協處理器,共312萬個計算核心。

外存

no.2泰坦(英語:titan

泰坦(英語:titan)是一台由克雷公司承建的超級電腦,置放於美國能源部下屬的橡樹嶺國家實驗室中,供各項科學研究

專案使用。泰坦是由原來也置放於橡樹嶺國家實驗室的美洲虎(英文:jaguar)經過多次公升級改裝而成。泰坦也是世界上第一台以通用圖形處理器(gpgpu) 為主要資料處理單元的超級電腦,2023年11月至2023年6月是世界上最快的超級電腦。美洲虎在2023年10月被宣布開始進行大幅公升級,2023年 10月,公升級作業基本完工後這台超級電腦被更名為泰坦,並開始進行穩定性和效能測試,2023年中期方可供科學研究者們使用。公升級的預算開始時是6千萬美 元,其中絕大部分由美國能源部提供。而後來根據克雷公司的公開資訊,整台泰坦超級電腦的費用最終是9千7百萬美元,為填補資金空缺,美國國家海洋和大氣管理局也出了一小部分資金參與建造,以從主要出資方美國能源部的手上獲得一定的使用權。

泰坦使用由超微半導體提供的皓龍(opteron)處理器鏈結英偉達提供的tesla運算用圖形處理器以進行協同運算,來在提供比美洲虎更高的運算效能之同時保持能源利用效率。整台泰坦共計18,688顆**處理器和相同數量的圖形處理器,理論峰值效能是27petaflops(每秒27×1015次浮點運算),然而,在2023年11月的linpack

基準效能測試中卻僅取得17.59petaflops的成績(每秒17.59×1015次浮點運算),儘管如此,但無論從效能上抑或是能效比上來說,仍然要比同時期的其它超級電腦更勝一籌。

泰坦可用於任何目的的資料處理。然而,資料處理任務的優先順序,需要基於三個方面的考量:任務計畫的重要度、任務計畫對異構運算的利用潛力以及任務計 劃的運算程式原始碼與其它超級電腦的相容性。經過篩選排程後,選中六個運算計畫,這六個「前鋒」計畫在泰坦開放使用後由泰坦依排程執行處理,這些處理任務多 為關於奈米科技或氣候模型。不過其它沒被選為首先處理的任務計畫,仍會進行優先順序排程,進入等候貯列,以待泰坦的執行處理。由於以圖形處理器來處理資料,基於圖形處理器擁有比**處理器多得多的執行緒的理由,不少程式需要進行原始碼變動處理以適應新的混合架構,這些處理常常需要有更高階的運算平行度,而這些變更甚至也可以在以**處理器為主的超級電腦上獲得效能的提公升。

泰坦超級電腦使用和美洲虎超級電腦相同的200個機櫃的設計,占地404平方公尺,基本上只是更換了機櫃和佈線。沿用改進自美洲虎超級電腦的電力**系統和冷卻系統,節省了能源部/實驗室約兩千萬美元的經費。泰坦的總耗電功率最大8.2兆瓦,比美洲虎高出了1.2兆瓦,但是泰坦提供比美洲虎快了幾乎10倍的運算效能,特別是浮點運算方面。電力**系統的交流電輸入電壓高達480伏,供每個機櫃使用,由於使用更高的電壓,因此可以使用比美國標準的208伏(線電壓)電纜更細的輸入電纜,由更小直徑的電纜銅芯上節省出來的資金就有一百萬美元。為應付電力**突然中斷的事件,碳纖維飛輪能量儲存器可以維持網路系統和儲存系統16秒的電力**,如果兩秒內電力**沒有恢復,柴油發電機就會在大約7秒的時間內啟動,並一直驅動飛輪,但是飛輪和發電機被設計成只為網路系統和儲存系統維持電力**,以便能快速重新開啟整台機器,發電機也不會為運算處理單元基礎設施提供後備電力**,因此外接電力**中斷時(即使發電機已啟動)是不會進行運算處理作業的,這個特性和膝上型電腦的「睡眠」功能類似。

泰坦的機櫃使用主動式風冷散熱器,但是外界空氣進入機櫃前則要事先經過冷卻處理,所用的空氣冷卻器,可製冷質量為6,600噸(相當於23.2兆瓦的熱功率),以5.5攝氏度(約42華氏度)的低溫冷卻水作為空氣冷卻器的散熱介質,從機櫃中帶走熱量的熱空氣會流到至空氣冷卻器冷卻,再回流進入機櫃,如此往復迴圈。另外,「泰坦」的散熱系統設計時並沒有考慮噪音問題,因此這台超級電腦運作時的噪音非常巨大,以至於機房需要更好的隔音措施,進入機房並且逗留超過15分鐘的人員必須採取像是佩戴隔音耳塞或耳機等的聽力保護措施。

完整的泰坦超級電腦上有18,688個運算節點,每部刀片伺服器擁有四個運算節點,24部刀鋒主機為乙個機櫃。

每兩個節點共用乙個克雷公司研發的gemini高速互連路由器

儲存器使用硬碟陣列儲存,原來容量是10pb(由13,400塊,每塊7,200轉每分1tb容量的硬碟組成),其有效傳送速率為240gb/s。在2023年4月,進行了一次儲存器的公升級,公升級後的儲存器容量增至40pb,其有效傳送速率達到1.4tb/s。

為了更大幅度地提公升平行運算效能,建造方選擇用通用圖形處理器實現,因為圖形處理器平行運算效率相比傳統的**處理器的有更為巨大的優勢所在。儘管圖形處理器/通用圖形處理器的時鐘頻率要比**處理器低不少,但每顆nvidia gk110顯示核心擁有2,688個時鐘頻率為732mhz的流處理器(cuda核心),全部流處理器聯合進行運算處理,從而使得整個系統效能更高。因此,在泰坦超級電腦上,**處理器核心主要用以分配運算任務給通用圖形處理器,資料處理主要由通用圖形處理器來實現。而此前的超級電腦,則是由**處理器直接處理資料,即使有通用圖形處理器的加入也就是輔助運算的角色。

在運算主機以外,為方便管理並監視泰坦的運作狀況,還另外設定了登入管理節點。每個登入節點的配置為一顆八核心的amd opteron 6140**處理器和256gb的儲存器。在授權使用者通過網路連線至登入管理節點並登入後,預設是在登入管理節點上進行任務排程、監視運算節點運作狀況等 作業。[41]

為了讓科研人員能夠更好地明白泰坦的資料處理結果,泰坦也設有顯示輸出,通過鏈結名為「everest」的顯示裝置來實現。everest,全名 「exploratory visualisation environment for research and technology」,意即「技術和研究的探索視覺化環境」,是乙個裝有一塊10公尺×3公尺(30英呎×10英呎)的主熒幕和一塊尺寸要小上一些的副熒幕 的房間,熒幕的解析度均為3千7百萬畫素×3千3百萬畫素,還附帶3d顯示能力(需要配合3d眼鏡使用)。

泰坦的理論峰值效能為每秒27×1015次浮點運算(27petaflops),或者是每秒2.7千萬億次運算作業。2023年11月12日,泰坦通過linpack基準效能測試,最終成績為每秒17.59×1015次浮點運算,top500最後宣布了新的第一名由泰坦超級電腦奪得,取代前任第一ibm紅杉。儘管目前的實際峰值效能和理論峰值效能相比有較大落差,但能效比仍然要比眾多超級電腦優勝。

泰坦超級電腦也是green500中排名第三的超級電腦(截至2023年11月),每消耗一瓦特的電功率獲得2142.77megaflops(21.4277億次浮點運算每秒)的運算效能。green500也是全球500強超級電腦的排名,但不同於top500的是green500是根據效能功耗比來進行排名。

泰坦超級電腦使用克雷公司基於linux核心開發的cray linux environment

分 布式作業系統。cary linux environment作業系統由以下兩部分組成:登入管理節點為全功能linux核心的作業系統,運算節點則是為提公升效能和效率而特別優化精簡的基於輕 量級linux核心cnl(compute node linux)的作業系統。檔案系統使用lustre分布式檔案系統,代號「spider」。

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