词条内容：天河二号，是由国防科大研制的天河二号超级计算机系统，以峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算的优异性能位居榜首，成为全球最快超级计算机；2014年6月23日，以比第二名美国“泰坦”快近一倍的速度连续第三次获得冠军；2014年11月17日，以每秒33.86千万亿次的浮点运算速度获得四连冠。

概述；天河二号

天河二号图册

天河二号（TH-2，英文名：Tianhe-2或Milkyway-2），是国家科技部、广东省人民政府、广州市人民政府共同出资耗资约1亿美元，280人历时两年多研制完成，由中国大陆国防科技大学等单位研制的异构超级计算机，为天河一号超级计算机的后继，置放于广东广州的国家超级计算广州中心。

2013年6月起天河二号成为世界上最快的超级计算机，整个系统占地面积达720平方米

2013年底入驻广东省广州的国家超级计算广州中心并进行验收，2013年底交付使用后对外开放接受运算专案任务，用于实验、科研、教育、工业等领域。[1]

硬件配置；系统组成

“天河二号”超级计算机系统由170个机柜组成，包括125个计算机柜、8个服务机柜、13个通信机柜和24个存储机柜。与此前研制的天河一号相比，二者占地面积相当，占地面积约720平方米。“天河二号”内存总容量1400万亿字节，存储总容量12400万亿字节。[2] 装有32000颗主CPU和48000个协处理器，共300多万个计算核心。据测算，天河二号的峰值计算速度达到每秒5.49亿亿次，而持续计算时的速度每秒可达3.39亿亿次。

计算速度

天河二号

天河二号图册

天河二号运算1小时，相当于13亿人同时用计算器计算一千年，其存储总容量相当于存储每册10万字的图书600亿册。相比此前排名世界第一的美国“泰坦”超级计算机，天河二号计算速度是“泰坦”的2倍，计算密度是“泰坦”的2.5倍，能效比相当。与该校此前研制的天河一号相比，二者占地面积相当，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，执行相同计算任务的耗电量只有天河一号的三分之一。

节点组成

天河2号由16000个节点组成，每个节点有2颗基于Ivy Bridge-E Xeon E5 2692处理器和3个Xeon Phi,累计共有32000颗Ivy Bridge处理器和48000个Xeon Phi,总计有312万个计算核心。

每个Xeon Phi使用其中的57个核心，而不是使用全部的61个，因为使用61个在运算周期协调方面会有问题，而使用57个核心能够加速4个执行线程，并且在每个线程单周期可以达成4flops的运算量，运行在1.1GHz的Xeon Phi可以生产1003 Tflops的双精度运算能力。如果考虑CPU,2 Ivy Bridge * 0.2112 Tflop/s + 3 Xeon Phi * 1.003 Tflop/s=3.431 Tflops,2个Ivy Bridge+3个Xeon Phi单个节点可以有3.431 Tflops运算能力，16000个节点总计可达54.9PFlops性能。每个运算节点有64GB主存、而每个Xeon Phi板载8GB内存，因此每个节点共有88GB内存，总计16000个节点一共有1.404 PB内存，而外部存储器容量方面更是高达12.4PB.

每个主板上有2个计算节点，而每个框架则有16个主板，4个框架组成一个机柜，整个系统由125个机柜组成。每个计算节点主板分为两块，一块CPM一块APU,CPM上有4核Ivy Bridge、内存和一个Xeon Phi,而APU基板上则承载着5个Xeon Phi.CPM和APU之间有5个水平插入的链接口，由Ivy Bridge内置的PCI-E 2.0进行连接，虽然Ivy Bridge内置为PCI Express 3.0接口，但Xeon Phi仅支持2.0,单个通路为10Gbps带宽。

计算节点的前端处理器为4096个FT-1500处理器， FT-1500处理器是由国防科技大学为天河1研发，其可以说是天河1项目的最大收获，其为16核心的Sparc V9架构处理器，在40nm工艺情况下运行频率为1.8Ghz,峰值性能为144 Fflops/s,功耗为65W,但相比英特尔22nm 12核 2.2GHz 211Gflops/s性能的Ivy Bridge还是有明显差距。

互联方面

采用自主研发的 Express-2 内部互联网络，其为有13个交换机，而每个交换机有576个端口。连接介质为光电混合。具体控制器是名为NRC的ASIC专用目的集成电路，其采用90nm工艺，封装尺寸为17.16x17.16 mm,共有2577引脚。单个NRC的吞吐能力为2.56Tbps.而在终端方面网络接口也采用类似结构的NIC,但规模稍小，为10.76x10.76 mm, 675 pin,其采用PCIE 2.0方式连接，传输速率为6.36GB/s.并且在在12000节点的情况下延迟也很低，仅为85us.

计算能力

使用14336个节点 总计50GB内存进行LINPACK测试，理论性能为49.19Pflops,而实际测试性能为30.65Pflops,效率为62.3%.这个效率并不算高，还有很大优化提升潜力。当然也可能是被Xeon phi仅支持PCI Express 2.0带宽不足限制。

测试使用了16000个节点中的14336个，运用了90%的规模，基本可以代表天河2的整体性能表现。天河2的性能部件（处理器、内存、互联）整体功耗为17.6MW,而整体的运算能力为30.65PFlops,这样计算每瓦的性能为1.935Gflops,这个性能/功耗比可以拍在超算TOP500的前五，其整体性能/功耗比十分出色。

系统的整体功耗为17.6 MW,并且这个功耗还不包括水冷这样的散热系统，如果考虑上整体功耗将高达24MW,广州国家超算中心将采用城市供水系统构建高散热效能的冷却系统，有能力可以提供80KW系统的散热能力。

五大特点；一是高性能，峰值速度和持续速度都创造了新的世界纪录；

二是低能耗，能效比为每瓦特19亿次，达到了世界先进水平；

三是应用广，主打科学工程计算，兼顾了云计算；

四是易使用，创新发展了异构融合体系结构，提高了软件兼容性和易编程性；

五是性价比高。

创新突破；“天河二号”自主创新了新型异构多态体系结构，在强化科学工程计算的同时，可高效支持大数据处理、高吞吐率和高安全信息服务等多类应用需求，设计了微异构计算阵列和新型并行编程模型及框架，提升了应用软件的兼容性、适用性和易用性。

“天河二号”服务阵列采用了由国家核高基重大专项支持、该校研制的新一代“飞腾－1500”CPU，这是当前国内主频最高的自主高性能通用CPU。“天河二号”还在高速互连、新型层次式加速存储架构、容错设计与故障管理、综合化能效控制、高密度高精度结构工艺等方面取得了一系列创新和突破。

天河二号 - 应用领域

2009年，中国首台千万亿次计算机“天河一号”研制成功，运行“核高基”专项支持研制的银河麒麟操作系统，名列当年的国际超级计算机TOP 500排行榜世界第五位、亚洲第一位的排名，并使中国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家。

2011年，中国将采用FT-1500CPU构建全自主国产千万亿次计算机——“天河二号”。

2013年“天河二号”已应用于生物医药、新材料、工程设计与仿真分析、天气预报、气候模拟与海洋环境研究、数字媒体和动漫设计等多个领域，开始为多家用户单位提供超级计算服务。按照计划，“天河二号”将于今年下半年安装应用于广州超级计算机中心。[3] 将服务于珠三角地区以及包括香港、澳门在内的周边区域[4] 。

2014年6月，已完成600种药物的体内体外活性测试评估，中科院上海药物研究所的75万个小分子化合物的结合亲和力评估专案。

世界排名；天河二号

天河二号图册

2010年，中国国防科学技术大学研制的“天河一号”曾在第三十六届超级计算机TOP500榜单上名列第一，2011年时排名第二，2012年排名已下降至第五，我国凭借“天河二号”又重返冠军领奖台。

2013年，美国拥有全球500强超级计算机的一半以上，显示出明显的优势。中国大陆共有65个超级计算机进入500强榜单，位居第二。日本以30个位列第三。英国、法国和德国分别以29个、23个和19个位列第四至第六位。

2013年6月公布的全球超级计算机500强排行榜中，中国国防科学技术大学研制的“天河二号”以每秒33.86千万亿次的运算速度，成为全球最快的超级计算机。比美国能源部下属橡树岭国家实验室的“泰坦”的速度比近一倍。这是继2010年“天河一号”首次夺冠后，中国超级计算机再次夺冠。

2014年6月，由国防科技大学研制并落户国家超级计算广州中心的天河二号超级计算机，23日再次荣登全球超级计算机500强排行榜榜首，获得世界超算“三连冠”。天河二号超级计算机是国防科技大学承担的国家“863”计划和“核高基”国家科技重大专项项目。

2014年11月17日，由该校研制并落户国家超级计算广州中心的“天河二号”超级计算机，再次荣登由国际TOP500组织在美国发布的世界超级计算机500强排行榜榜首，以每秒33.86千万亿次的浮点运算速度获得四连冠。

主要性能；天河二号自主创新了新型异构多态体系结构，在强化科学工程计算的同时，可高效支持大数据处理、高吞吐率和高安全信息服务等多类应用需求，设计了微异构计算阵列和新型并行编程模型及框架，提升了应用软件的兼容性、适用性和易用性。天河二号服务阵列采用了国家核高基重大专项支持、该校研制的新一代“FT-1500”CPU，这是当前国内主频最高的自主高性能通用CPU。天河二号还在高速互连、新型层次式加速存储架构、容错设计与故障管理、综合化能效控制、高密度高精度结构工艺等方面取得了一系列创新和突破。

技术参数；型号

天河二号型号为TH-IVB-FEP

处理器

16,000个运算节点，每节点配备两颗Xeon E5 12核心的中央处理器、三个Xeon Phi 57核心的协处理器（运算加速卡）。累计32,000颗Xeon E5主处理器和48,000个Xeon Phi协处理器，共312万个计算核心。

中央处理器为英特尔提供的，运作时钟频率为2.2GHz的Xeon E5-2692 12核心处理器，基于英特尔Ivy Bridge微架构（Ivy Bridge-EX核心），采用22纳米制程，峰值性能0.2112TFLOPS。

运算加速上，使用基于英特尔集成众核架构的Xeon Phi 31S1P协处理器，运行时钟为1.1GHz，每个使用61个核心中的57个（因为使用61个会存在运算周期协调问题），每核心籍由特殊的超线程技术能运作4个线程，产生峰值性能为1.003TFLOPS。

内存

每个节点拥有64GB主存，而每个Xeon Phi协处理器板载8GB内存，故每节点共88GB内存，整体总计内存1.408PB。

外存

12.4PB容量的硬盘阵列

主板、机架、机柜

天河二号

天河二号图册

主板、机架与机柜均由浪潮集团制造，共有125个机柜，每个机柜容纳4个机架，每个机架容纳16块主板，每个主板设置有两个计算节点。每个机柜还装有负载指示灯，根据机柜内主机的运算负载变更发光二极管的发光颜色。

每块主板上分为APU模块和CPM模块两部分，APU部分承载5块Xeon Phi，CPM部分承载1块Xeon Phi+4颗Xeon E5。

APU模块和CPM模块之间以CPU内部提供的PCI-E 3.0 16x接口进行连接，但实际由于Xeon Phi的硬件限制，仅支持至PCI-E 2.0 16x，单通道数据传输速率为10Gbps。

前端处理器

计算节点前端处理器为4096颗FT-1500 16核心SPARC V9架构的处理器，40纳米制程，运作时钟频率1.8GHz，热设计功耗65瓦，峰值性能144GFLOPS。

连接

使用光电混合传输技术（Optoelectronics Hybrid Transport Technology），使用自制的TH Express-2主干拓扑结构网络连接，以13个大型路由器通过576个连接端口以光电传输介质与各个运算节点互联，控制器名为NRC，使用90纳米制程，单个控制器的数据吞吐量2.56Tbps，终端网络接口使用名为NIC的控制器，以PCI-E 2.0接口链接，数据传送速率6.36GB/s。

操作系统

麒麟操作系统、基于SLURM（Simple Linux Utility for Resource Management，资源管理用单一Linux公用程序）的全局资源管理。

Ubuntu Linux。（Ubuntu OpenStack运行在256个高性能节点上，而且在接下来的数月将会增长至超过6400个节点。OpenStack和Ubuntu的编制工具Juju都将运行在天河二号上，使国防科技大学的合作伙伴和联盟机构能够快速部署和管理高性能云环境） 

能耗

整机功耗17,808千瓦，在搭载水冷散热系统以后，功耗将达到24兆瓦，无论水冷系统的搭载与否，都是TOP500里功耗最大的，天河二号电费每年达1亿人民币，每瓦性能为1.901GFLOPS，仍不及泰坦的每瓦2.143GFLOPS和IBM红杉每瓦2.177GFLOPS的成绩，但比"京"的每瓦0.830GFLOPS每和天河一号每瓦仅0.668GFLOPS都要高不少。

前景展望；2015年将研制出十亿亿次超级计算机，2020年前后研制出百亿亿次计算机。

2020年，形成中国高端通用芯片和基础软件产品的自主研发与产业体系。面向3G移动通信网络的智能手机嵌入式软件平台以及3G应用网络化运行平台的研发及产业化，"核高基"专项安排了"智能手机嵌入式软件平台研发及产业化"和"面向新型网络应用模式的网络化操作系统"课题，已经取得较大进展。