曙光5000刷新中国速度

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  曙光5000再次刷新了中国高性能计算的速度,这台拥有超百万亿次计算能力,而占地却只需75平方米的高性能集群,几乎可以挑战全球高性能计算机的顶峰——千万亿次机。那么,它的真面目是怎样的,它的出现给中国的HPC产业带来了怎样的影响?
  
  6月24日,中国高性能计算机的研发迈上了新的台阶。中国科学院计算技术研究所、曙光公司和上海超级计算中心联合举行了曙光5000落户上海签约仪式。
  这标志着中国用户即将拥有国产品牌的百万亿次超级计算机,届时上海超级计算机中心也将成为世界上最大的通用计算平台。即将落户上海超级计算中心的曙光5000将拥有200万亿次的浮点运算能力,这个速度将再次刷新国内高性能计算的纪录(上次纪录是由同样在上海超算服役的拥有11万亿次的曙光4000创造的),同时在世界的通用超级计算机领域也是名列前茅。
  
  中国速度
  
  1983年,由国防科技大学研制的银河Ⅰ型亿次巨型机系统的成功问世,标志着我国具备了研制高端计算机系统的能力。此后,经过了新世纪前后的银河系列、神威系列、曙光1000~3000的高性能计算机,我国的HPC产业从一穷二白起家,然后飞速发展,直到2003年的联想深腾6800以及2004年具有10万亿次计算能力的曙光4000A的出现,才把我国的高性能计算产业真正推上了一个高峰。
  曙光4000A面世的时候,还凭借其10万亿次的计算速度而闯进全球超级计算TOP500排行榜前10。如今,这个已经为上海超算中心服役3年的“功臣”就要光荣“退岗”了,因为有着更高计算能力的曙光5000将代替它继续为中国的高性能领域服务。
  “曙光5000”高性能计算机是国家863计划支持的研究项目。其浮点运算处理能力可以达到230万亿次,Linpack速度预测将达到160万亿次,这个速度将有望让中国高性能计算机再次跻身世界前10。除了超强的计算能力,它还拥有全自主、超高密度、超高性价比、超低功耗以及超广泛应用等特点。
  “100万亿次计算机所面临的技术瓶颈要比10万亿次计算机更多、更难解决,但绝对不是简单的数字叠加。‘曙光5000’的问世使中国成为继美国之后第二个能制造和应用超100万亿次商用高性能计算机的国家,也表明我国生产、应用、维护高性能计算机的能力达到世界先进水平。”曙光公司总裁历军表示。
  目前,曙光5000已成功运行于证券指数计算、电力安全评估、建筑工程抗震性评估、天气预报、石油地震资料处理、核能开发利用、汽车碰撞、电磁辐射、计算流体力学、基因匹配与拼接、蛋白质结构分析和材料科学等领域的20多项应用。中科院计算所所长李国杰院士在接受记者采访时表示,高性能计算机是用来解决大问题的计算平台,在我国经济建设、网络安全、石油领域等都发挥了很大作用。“曙光5000”与国际上千万亿次计算机在性能功耗比、价格比及组装密度等指标上已不相上下。李国杰还透露,我国将于2010年推出千万亿次超级服务器。
  
  自主创新
  
   超百万亿次计算机的推出,充分说明了曙光公司的研发实力。曙光成立于1995年,背靠中科院计算所和国家智能计算机研究开发中心,经过多年的发展,曙光公司积累了丰富的服务器产品研发、应用经验,并在天津建成了曙光产业基地,实现了国产高性能计算机的产业化生产,构建了集研发、设计、制造于一体的服务器产链。曙光5000就是在曙光的天津产业基地生产而成的。
  “曙光5000是全自主的国产超级计算机。”李国杰院士的观点一直是强调“自主创新”。在曙光5000系统中,中科院计算所联合曙光公司自主设计了包括主板、体系结构、刀片服务器、刀片机箱系统、网络交换系统和水冷散热系统在内的全部系统,而曙光5000的设计也完全符合中国刀片服务器标准。
  李国杰表示,在服务器产品同质化现象严重的今天,只有坚持自主创新才能形成产品差异化,才能构建竞争优势。而且,经济实力强劲的西方国家一直对高性能计算机的核心技术拥有掌控权,也将高性能计算机作为战略物资对外封锁。以中国为首的发展中国家,只有走自主研发的道路,不断开发自己的高性能计算产品,才能使自己不至于沦为西方国家低性能计算产品的高价倾销地。
  即将问世的曙光5000,解决了一系列的世界性难题。例如,上千个客户端如何在多用户并发访问模式下保持稳定的I/O性能; 面对众多核心,操作系统如何容忍单个处理器故障,怎样支持节点之间的隔离; 如何改造现有算法,并利用并行编译技术使应用与100万亿次计算机的体系结构相适应,以达到数万个处理器的可扩展性等等,这些都是国际学术界和企业所共同面对的难点。而通过曙光众多技术工程师的共同努力,这些技术难点已经一一突破,迎来了曙光5000的诞生。
  
  立足用户
  
  根据IDC预测,2008年高性能计算市场销售收入将超越过120亿美元; 集群服务器将占据高性能计算整体份额的70%之多,集群服务器的销售也将逐渐向刀片服务器领域偏移,这一点已经在厂商们对刀片集群的偏爱中体现出来。预计全球年度服务器增长速度平均约为9%,而高性能计算存储市场的全球平均增长速度将略高于服务器市场,大约为11%。高性能计算服务器和服务的销售总收入将超过190亿美元(软件应用程序、人员配置、设备和能耗的成本不计在内)。
  很多服务器制造商也紧跟着业界的热点。比如国外的惠普、戴尔,国内的浪潮、曙光,其中曙光更是超前,提出了个人桌面高性能计算中心。不过今年4月份,英特尔公司高性能计算部门的高级主管StephenWheat在高性能计算大会上做的报告却称: “越来越多的高性能计算配置行为完全没有进行任何市场研发。”换言之,很多厂商没有找到高性能计算用户的真正需求。
  “很多厂商在推出产品时,只一味地追求速度和先进,并没有把用户需求放到第一位。”曙光公司副总裁聂华深有感触地说,“其实,除了速度之外,很多用户看重的更是节能以及性价比。”
  以CPU为例,世界500强中3/4的公司产品都采用了英特尔芯片,而曙光5000则配装了6600枚AMD巴塞罗那四核处理器。“我们采用AMD芯片是根据客户的需求,上海超级计算中心的大量运算需要采用基于微软视窗操作系统的商业软件。虽然英特尔的芯片在主频上更高,如果曙光5000使用它能够达到更高的计算峰值,但是基于对能耗的考虑,我们还是选择了具有低主频的AMD芯片。”聂华说。
  而在成本方面,据负责曙光系列高性能计算机总体设计的孙凝晖博士介绍,对于高性能计算机来说,芯片成本大约要占高端计算机成本的80%以上,而“曙光5000的研制成本约为两亿元人民币,比国外正在研制的千万亿次超级计算机成本要低得多”。
  对于高性能计算机来说,它存在的意义就是被应用,而对于中国的HPC厂商来说,最重要的就是被用户的认可。“曙光之所以有今天的发展,就是有上海超算这样一个忠诚的用户做支持。”李国杰这样表示。据上海超算中心的溪主任介绍,上海超算多年来一直坚持用国产计算机。如今,上海超算部署的高性能计算机已在各行各业被使用。
  
  挑战极限
  
   就在曙光5000技术参数曝光后的几天里,IBM也宣布其千万亿次的产品技术参数。尽管它的绝对峰值速度还让国人感觉到有点“愧不如人”,但是在产品的密度和节能等方面,国产超级计算机已经处于领先地位。
  “曙光5000同时在体积、节能、软件效率和可管理方面都会有很大幅度的提高,它的性能将会是4000A的20倍,体积只有2/3,耗电只增加了50%,这些方面在整个业界也是首屈一指的。”历军自豪地说。
  众所周知,对于大规模,高性能计算机系统而言,如何提高系统密度,并降低功耗是研制人员面临的关键问题之一。为提高曙光5000的系统密度,中科院计算所联合曙光公司,研制了具有自主知识产权的4CPU 4核高密度刀片主板和基于该主板的世界上第一款7U高度的10片4路4核64位CPU的工业标准刀片服务器。该刀片服务器可以实现单机箱40CPU、160核的超高计算密度,并实现了单节点内部的并行计算。
  “曙光5000的单体是一人多高的机柜,机柜由上下5个机箱构成,每个机箱高密度集成了40个CPU芯片。虽然整个系统拥有数十个不同功能的机柜,占地面积却只有75平方米,好比6000多台电脑神奇地容入一个小户型内。”李国杰表示,“曙光5000”的绝对计算速度并不是世界第一,但单位计算效率和单位计算低能耗方面可能成为世界第一。它与IBM最新超级计算机相比,单机柜每秒计算性能达7.5万亿次(后者为3.5万亿次),每百万亿次计算仅需约14个机柜(后者约29个机柜)、耗电为350千瓦(后者为400千瓦)。
  “曙光5000不但证明了中国高性能计算方面的实力,为众多重大科研项目的研发项目铺平道路,同时其广泛的应用范畴还解决了国内日益增长的商用高性能计算资源紧张的现状和社会对节能环保方面的要求。”历军表示,曙光5000不但为国家“863计划”交出了满意的答卷,也为国民和社会交出了一份满意的答案。
  
  采访手记
  
  下一个目标: 千万亿次
  曙光5000以百万亿次超级计算能力开辟了高性能的新时代,使中国成为继美国之后第二个能制造和应用超百万亿次商用高性能计算机的国家。“然而,我们不会在这个成绩上停滞不前,曙光的下一个目标是实现千万亿次超级计算机!”曙光公司总裁历军信誓旦旦地说道。
  从全球来看,具有千万亿次计算能力的超级计算机已经出现。在今年6月初最新一期(第31届)超级计算TOP500排行榜上,IBM新近研发的超级计算机Roadrunner以1026万亿次浮点运算位居榜首。排行榜显示,美国仍然是超级计算机应用最广的国家。而值得注意的是,印度已经第二次进入了TOP500的前10名,其超级计算机应用的是惠普Cluster Platform 3000 BL460c系统,并且整合了自己的创新路由技术,使其性能达到132.8 万亿次浮点运算而名列第八。
  “6月24日,曙光正式发布了峰值运算能力达每秒230万亿次的5000超级计算机,并和上海超级计算机中心签约。可惜的是,该机错过了TOP500.Org今年6月的榜单,否则可以位居第八。”曙光公司副总裁聂华说。
  “不过曙光5000在申报2008年11月的全球超级计算机500强排行时,还是很有机会进入前10的榜单。”聂华说,“但是,排名并不是我们追求的目的,我们追求的是在适当的时间推出符合用户要求的机器。如果从机器研发本身来说,曙光5000还能在更早时间推出,但是我们为了带给用户更适合、性价比更高的产品,我们对某些技术做了一遍又一遍的尝试和更新。”
  以CPU为例,其实曙光5000系统完全支持高功耗CPU,在同样的价格下可以做到CPU 2.6G主频,但是曙光采用了低功耗的CPU,主频降到了1.9G,这对用户来讲意味着损失了大量的系统理论峰值,但从另一个角度来讲,这给用户带来了一个福音。实际上每一颗CPU可以降低接近30瓦的功耗,而曙光5000系统中的CPU多达几千颗,这样一年为用户省下的电费就相当可观了。
  但是人类对技术的应用和追求是无止境的.百万亿次也不是曙光的终点。如今曙光已经迈上了“千万亿次”的征程,相信在用户需要的那一天,具有千万亿次计算能力的曙光高性能机就会出现。(文/刘丽丽)
  
  链接
  
  曙光5000的9大技术亮点
  1. 高性能
  采用国际高性能计算机主流的机群结构,整个系统规模达到1650个节点,每个节点为4CPU的4核SMP系统,采用AMD Barcelona 2.0GHz处理器,峰值运算速度为230TFLOPS。
  2. 全自主
  在自主创新的研制过程中,曙光在业界实现了多个第一:
  首次实现了4路16核的高密度刀片系统;
  首次实现了单刀片机箱40克CPU的高密度机箱设计;
  首次实现了基于DDR的Infiniband的交换结构,实现了20GB高速互联和小于1.3us的低延迟;
  首次采用了水冷散热系统,降低了高性能计算机对机房系统的要求,降低了系统功耗。
  3. 高效能
  由于采用高密度服务器,曙光5000在大约75平方米的占地面积内聚集了230万亿次的计算能力。
  4. 高密度
  为提高曙光5000的系统密度,中科院计算所联合曙光公司,研制了具有自主知识产权的4CPU 4核高密度刀片主板和基于该主板的世界上第一款7U高度的10片4路4核64位CPU的工业标准刀片服务器。
  5. 高速互联
  曙光5000采用基于DDR的 Infiniband高速网络,实现了计算网络和存储网络合一。实现了20GB的节点间传输速度,实现业界最快的小于1.3us延时。
  6. 应用广泛
  曙光5000不仅可以应用于高性能计算,还可以应用于信息服务,电子政务,网络游戏等常见商业应用。
  在商业应用方面,由于曙光5000使用Suse Linux 和 WCCS ,可广泛运行目前Linux和Windows下的主流的行业软件。
  7. 节能
  曙光积极响应世界环保组织节能减排的号召,在曙光5000中采用了多项节能措施,使曙光5000在满负载运行时,不带水冷系统的功耗为700千瓦,带水冷系统的功耗仅为1000千瓦。
  8. 高性价比
  通过选择AMD Barcelona和自行研制的主板,使曙光5000具有很好的性能价格比。实现230万亿次的计算速度的曙光5000总造价约两亿元。
  9. 自主创新的管理软件
  曙光5000中,曙光自主开发了Grid View集群管理管理系统。曙光新一代Gridview大型机综合管理系统提供了统一的集中式监控平台,具备可扩展性、集成性、可靠性和易用性,提供对各种商用、自己研发的管理工具的集成接口。
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