百億億次超級計算機“天河三號”E級原型機完成研製部署

百億億次超級計算機也稱“E級超算”，被公認為“超算界的下一頂皇冠”。

《科技日報》記者26日獲悉，由國防科技大學牽頭研製，運算速度預計可達“天河二號”10倍以上的“天河三號E級原型機系統”已在國家超級計算天津中心完成研製部署，並於22日順利通過項目課題驗收，將逐步進入開放應用階段。

該原型機系統採用了三種國產自主高性能計算和通信芯片。它的部署完成並順利通過驗收，預示着中國E級計算機將很快進入實質性研發階段。在此基礎上，“天河三號”超級計算機預計於2020年研製成功。

這是7月26日拍攝的“天河三號”E級原型機全貌。新華社記者 毛振華 攝

百億億次超算研製計劃早於美日

據新華社報道，國家超級計算天津中心主任劉光明表示： “超級計算機已成為一個國家信息技術創新的核心驅動，國家綜合國力提升的強大支撐，以及快速發展高端信息技術的牛鼻子。”

當前，新一代百億億次超級計算機的研製計劃是國際上高端信息技術創新和競爭的制高點。美國和日本均已提出E級超級計算機的研製計劃，擬在2020年或之後完成研製。而我國的百億億次超級計算機的研製計劃也早已提上日程。

我國超算問鼎世界桂冠是從部署在國家超級計算天津中心的“天河一號”起步。

一路走來，先後有“天河二號”和“神威·太湖之光”等傳承和發展。面對超算發展新趨勢，2016年，科技部結合“十三五”發展規劃，通過國家重點研發計劃支持，開始分兩期啓動我國E級計算機研製計劃。第一期主要為“E級計算機關鍵技術”研究，安排了三個E級原型樣機的研製，第二期為具體研製E級計算機。

國防科技大學和國家超級計算天津中心等團隊合作承擔了“天河三號E級原型機系統”研製項目。

經過兩年多的持續關鍵技術攻關和突破，原型系統研製成功，並在國家超級計算天津中心部署完成，7月22日順利通過科技部高技術中心組織的分項課題驗收，隨後將逐步進入開放應用階段。

在原型系統基礎上，“天河三號”超級計算機有望於2020年研製成功，其運算能力將比“天河一號”提高200倍，存儲容量提高100倍。

關鍵技術突破為“天河三號”整機系統提供設計方案

 相比上一代超級計算機，“天河三號”是一個劃時代的先進技術作品。它實現了豐富的技術創新，這在原型機上已經得到淋漓盡致的體現。

據《科技日報》報道，相關負責人透露，“天河”系列超級計算機已經全面掌握五大自主核心技術，即具有自主知識產權的四大芯片和自主操作系統，所有核心技術和產品均不再被國外“卡脖子”。

目前，通用CPU和加速器CPU、互連通信路由芯片和互連接口芯片，均已裝配在“天河二號”2期系統中，打破了2015年美國對國防科大和“天河”系超算中心的CPU禁運，而“天河三號”超級計算機將對這四大芯片進行全面升級。

目前，“天河三號E級原型機系統”實現了四大自主創新，即三款芯片——“邁創”眾核處理器（Matrix-2000+）、互連接口芯片、路由器芯片；四類計算、存儲和服務結點，10餘種PCB電路板；新型的計算處理、高速互連、並行存儲、服務處理、監控診斷、基礎架構等硬件分系統；系統操作、並行開發、應用支撐和綜合管理等軟件分系統。

負責人介紹，“天河三號E級原型機系統”實現了可適應科學計算和數據處理多應用需求的柔性體系結構，突破了計算、訪存、通信三方平衡的高性能計算結點技術，可支持十萬結點規模的高速互連和光電混合高速信號傳輸技術、高效靶向散熱冷卻技術、用户透明的高性能計算環境軟件支撐等技術。這些技術通過幾十年的積累和不斷創新，在“天河”超級計算機系統核心關鍵技術上已實現了整體自主可控。

 “‘天河三號E級原型機系統’關鍵技術的突破和系統研製，也全面為‘天河三號’整機系統提出了計算、訪存、通信性能平衡的設計方案。”他表示，“未來‘天河三號’E級超級計算機將對已經設計生產的三款計算、互聯通信核心芯片再進行全面升級，同時基於飛騰CPU設計新的多核CPU，實現可支持海量數據存儲的層次式存儲系統，對適用高性能計算和高效大數據處理的柔性體系結構進一步優化。計劃利用2—3年的時間打造出全自主的具有國際領先水平的新一代‘天河三號’E級超級計算機。”

應用驅動諸多領域發展

在國家超級計算天津中心主任劉光明看來，性能卓越的國產新一代超算“既好看又中用”。它將有助於解決我國高性能計算能力問題，為解決我國國民經濟和科學研究等領域的挑戰性問題提供不可替代的重要技術手段。同時可直接提高科研院所的科技創新能力，提升企業核心競爭力。

“國家超級計算天津中心是國際上首個依靠高技術服務實現收支平衡的超算中心。”國家超級計算天津中心應用研發部部長孟祥飛介紹，中心使用的“天河一號”已經是世界上獲得最廣泛應用的超級計算機，每天運行的計算任務超過1400個，用户涵蓋油氣勘探、高端裝備製造、藥物研發、霧霾預警預報等領域的重點科研、企業、政府機構近1600家。

 “天河一號”累計支持國家科技重大專項、國家重點研發計劃等重大項目超過1300項，涉及經費超過20億元，取得國家級、省部級等重要獎勵成果及出版成果超過2000項。通過先進產品設計、先進工藝優化、先進材料研發等，為企業年均新增經濟效益超過30億元。

 孟祥飛説，未來，國家超級計算天津中心將依託“天河三號”，構建超級計算與雲計算、大數據和人工智能深度融合的高性能計算服務平台，將在長效高分辨率氣候氣象預報、大規模航空航天數值風洞、地震地質研究和油氣能源勘探、腦科學與基因工程等一系列超大規模計算與模擬，以及涉及國計民生、信息安全的政務數據、醫療衞生、基因健康等大數據分析處理領域，發揮支撐和平台作用。

 該中心還將進一步引領天津智能產業創新發展，以“京津冀大數據協同處理中心”等為載體，對接雄安新區，全面服務京津冀協同創新，成為京津冀區域創新發展的重要引擎。

（綜合自科技日報、新華社）