科研信息化技术与应用 2013, 4(6): 资讯观察 / NEWS & VIEWS 2013 年中国高性能计算机发展现状分析与展望张云泉中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室, 北京摘要 : 关键词 : 本文根据 2013 年 11 月发布的中国高性能

Size: px

Start display at page:

Download "科研信息化技术与应用 2013, 4(6): 资讯观察 / NEWS & VIEWS 2013 年中国高性能计算机发展现状分析与展望张云泉中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室, 北京摘要 : 关键词 : 本文根据 2013 年 11 月发布的中国高性能"

布阮
5 years ago
Views:

1 科研信息化技术与应用 2013, 4(6): 资讯观察 / NEWS & VIEWS 2013 年中国高性能计算机发展现状分析与展望张云泉中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室, 北京摘要 : 关键词 : 本文根据 2013 年 11 月发布的中国高性能计算机 TOP100 排行榜的数据, 对国内高性能计算机的发展现状从总体性能制造商行业领域等方面进行了深入分析我们发现, 由于天河二号超级计算机的发布, 中国 TOP100 的平均 Linpack 性能已经从一年前的落后一年快速的变为比国际 TOP500 平均 Linpack 性能高的局面在此基础上, 根据十二届排行榜积累的性能数据和能够得到的其他公开历史数据, 对未来几年中国大陆高性能计算机的发展趋势进行了分析预测从预测可以看出, 累计 Linpack 性能将在 2013 年到 2014 年间达到 100Petaflops; 峰值 100Petaflops 的机器将在 2014 年到 2015 年间出现 ; 峰值 Exaflops 的机器将在 2017 年到 2018 年间出现高性能计算机 ;TOP100; 排行榜 ; 性能 ; 分析 Analysis and Perspectives of 2013 China HPC Zhang Yunquan State Key. Lab. of Computer Archintecture, Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences, Beijing , China Abstract: In this paper, we first introduce the background of SAMSS China HPC TOP100 rank list. Then we give the total performance trend of China HPC TOP100 and TOP 10 of Followed with this, the performance, manufacturer, and application area of 2013 China HPC TOP100 are analyzed in detail. We found out that the average Linpack performance of China TOP100 has surpassed the TOP500 quickly with the release of Tianhe-2. Based on public available historical data and TOP100 supercomputers peak performance data from 1993 to 2013 in China mainland, we predict the future performance trend of China HPC TOP100. We found out that the total Linpack performance of China HPC TOP100 rank list will be over 100Petaflops between 2013 and 2014, 基金项目 : 国家高技术研究发展计划 (863 计划 ) (2006AA01A105) 85

2 科研信息化技术与应用,2013, 4 (6) Keywords: supercomputer with 100Petaflops peak performance will appear between 2014 and 2015 and supercomputer with Exaflops peak performance will appear between 2017 and high performance computer; TOP100; rank list; performance; analysis 1 背景在国际上, 自 1993 年起每年都会按 Linpack 的测试性能公布在世界范围内已安装的前 500 台高性能计算机排行 [1,3], 成为高性能计算机研制生产市场发展应用交流和趋势分析预测的重要参考在 2002 年之前, 我国的高性能计算机未曾向国际申报 Linpack 性能测试结果, 故而未列入国际 TOP500 排行榜在中国软件行业协会数学软件分会发布首次中国高性能计算机排行榜的 2002 年当年, 就实现了零的突破在中国 TOP50 排行榜中名列第一的联想深腾 1800 万亿次机群名列 2002 年世界 TOP500 第 43 名, 结束了在世界 TOP500 排行榜没有国产高性能计算机的历史 2003 年, 在中国 TOP100 排行榜中名列第一的联想深腾 6800 万亿次机群名列 2003 年世界 TOP500 第 14 名, 达到了国产高性能计算机的历史新高 2004 年, 在中国 TOP100 排行榜中名列第一的曙光 4000A 更是取得了 6 月份 TOP500 排行榜世界第十的历史性突破, 引起世界关注在 2005 年, 中国 TOP100 的第一名自发布以来首次被国外厂商夺走, 但国产计算机所占的份额却首次赶超国外计算机, 国产计算机亦喜亦忧由于处于发展的平台期, 2006 和 2007 年中国 TOP100 排行榜让人开始为国产并行机担忧了, 不但第一名的位置未夺回, 所占份额也维持在 40% 左右, 未见增长国家十一五 863 计划的高效能计算机与网格软件重大专项里部署了研制更大规模的 Petaflops 的高性能计算机的课题, 并在 2008 年底推出了峰值超过百万亿次的两台国产高效能计算机我们在 2008 年发布的中国 TOP100 排行榜中看到了国家 863 计划对改变国产高性能计算机现状的显著推动作用 2009 年, 这一推动效果更加明显,2009 年 10 月发布的国产天河一号千万亿次超级计算机以 563.1TFlops 的 Linpack 性能名列 2009 年 11 月国际 TOP500 排行榜的第 5 名, 是国产超级计算机首次进入世界前五名, 取得了历史新高 2010 年 9 月发布的国产天河一号 A 千万亿次超级计算机通过采用先进的 CPU+GPGPU 的异构混合加速体系架构, 以 2.56PFlops 的 Linpack 性能夺取 2010 年 11 月国际 TOP500 排行榜的第一名, 是中国国产超级计算机首次夺得世界冠军, 我国安装的超级计算机的上榜数量也首次超越日本和欧盟, 排名世界第二, 仅次于美国, 标志着我国超级计算机硬件的研制水平达到国际领先水平但是, 美日欧等国从不甘心将世界第一的位置长久的让中国国产超级计算机占据, 仅仅在年起不到 2 年的时间里, 日本和美国先后投入巨资研制成功京速机红杉和 Titan, 其最高峰值性能已接近 30PFlops, 最高 Linpack 性能超过 15PFlops, 先后重新夺取了三次世界第一的位置 ; 而深陷欧债危机的欧盟国家也不甘落后, 其在国际 TOP500 前十名上的机器数量也快速增加到 3 套, 且有 2 套系统的性能超过天河一号 A 2013 年, 我国的高性能计算机科研工作者戒骄戒躁, 刻苦攻关, 勇攀高峰, 分别于 2013 年 6 月和 11 月凭借由国防科大研制的天河二号超级计算机, 两次夺取世界 TOP500 第一名迄今为止, 中国研制的天河系列超级计算机已经三次夺取世界第一名, 牢牢站稳了中国在世界 TOP500 超级计算机冠军俱乐部的位置由此可见, 超级计算系统作为计算科学的必备基础设施, 已经成为国家之间的战略必争点和创新转型的利器此次测评按国际惯例选用 Linpack 测试 (HPL) [4], 2008 年 9 月底发布的最新的 2.0 版本本文给出对中国软件行业协会数学软件分会联合国家 863 高性能计算机评测中心和中国计算机学会高性能计算专委会于 2013 年 11 月 1 日发布的中国高性能计算机性 [2] 能 TOP100 排行榜数据的深入分析与展望文中的图表数据主要来源于中国 HPC TOP100 以下将中国 86

3 张云泉 : 2013 年中国高性能计算机发展现状分析与展望 HPC TOP100 简称中国 TOP100 2 总体性能分析本节图 1 和表 1 分别给出的是中国 TOP100 的总体性能发展趋势图以及 TOP10 计算机情况的列表和 2013 年 11 月发布的世界 TOP500 高性能计算机的情况相比较, 可以看到 : 2013 年 11 月世界 TOP500 总 Linpack 性能达到了 224PFlops, 是 2012 年 160 PFlops 的 1.4 倍, 增速变慢 ; 而根据 2013 年中国 TOP100 排行榜的数据, 中国 TOP100 的总 Linpack 性能是 57.3PFlops, 是 2012 年 16PFlops 的 3.58 倍, 增速从 2012 年的 1.33 倍大幅上升 2013 年 6 月, 国防科大研制的天河二号超级计算机, 以 33.86PFlops 的 Linpack 性能, 将 Cray 公司的 Titan ( 土卫六 ) 从排行榜第一名的位置赶下台, 在天河一号 A 2010 年 11 月为中国首次夺取世界第一两年之后再次为中国夺得世界第一的宝座, 并在 2013 年 11 月, 毫无悬念的蝉联了世界 TOP500 第一名目前世界上共有 31 套系统突破了 Linpack 千万亿次大关 ( 其中美国 13 套日本 4 套德国 3 套中国 3 套英国 3 套法国 3 套, 意大利 1 套, 瑞士 1 套 ), 共有 49 套系统的峰值突破了千万亿次大关中国 TOP100 排行榜第一名的位置被由国防科大制造并将安装在国家超级计算广州中心的天河 1E+13 1E+12 1E+11 1E+10 1E+09 1E+08 1E+07 1E GFIops 中国高性能计算机性能发展趋势 ( ) 第一名 Linpack 第一名峰值累计性能折线图 4 累计性能趋势第一名峰值趋势第一名 Linpack 趋势年份图 1 中国高性能计算机年度性能发展趋势 ( ) Fig. 1 Performance development trend of China HPC TOP100 ( ) 二号夺得, 其峰值性能达 54.9PFlops, 其 Linpack 性能在国产计算机中率先突破 30PFlops 大关, 达 33.86PFlops, 且世界排名第一名部署在国家超算天津中心的天河一号 A, 以 2.56PFlops 的 Linpack 性能屈居第二名, 其世界排名也降为第十二名部署在国家超算济南中心的神威蓝光, 以 795.7TFlops 的 Linpack 性能降为国产第三名, 该机器也是我国历史上首台全部采用国产 16 核申威 1600 处理器研制的千万亿次超级计算机, 标志着我国国产处理器的研制水平达到了新的高度, 该机的世界排名下降至第 40 名目前中国国内只有 12 套系统突破了峰值千万亿次大关, 但只有 2 套系统的 Linpack 突破千万亿次大关中国高性能计算的发展开始进入快速发展期, 第一名性能开始出现大幅度的跳跃未来 2 到 3 年, 中国会相继发布一系列新的国产超级计算机进入 2013 年 11 月份, 世界 TOP500 机器的 Linpack 性能都超过了 117.8Tflops; 进入 2013 年, 中国 TOP100 机器的 Linpack 性能都超过了 89TFlops, 中国排行榜的上榜门槛快速接近世界 TOP500 中国 TOP100 中有 96 个 (2012 年为 96 个 ) 系统是机群, 机群体系架构的数量继续保持绝对数量优势值得注意的是, 中国 TOP100 中性能比较高的系统, 往往采用机群加 GPPGU 或 MIC 的异构体系结构, 尤其是前 10 名里,5 台是此类系统世界 TOP500 中 TOP 10 的最低性能都超过 2.9PFlops; 其中 5 台由 IBM 公司制造,Cray 公司 2 台, 国防科大富士通公司和 Dell 公司各 1 台高端能力超算 (TOP10) 的研制呈现出百花齐放的局面, 各家都在积极占领制高点, 但 IBM 公司优势明显目前仍然保持只有 2 套机群系统进入 TOP 10, 表明在采用新体系结构高性能计算机方面世界各国仍在稳步探索, 而中国大陆也很可喜的看到这种转变, 且出现了全部采用国产处理器的 MPP 机在超级计算机的体系结构创新上, 国家必须继续加大投入力度, 设立相关课题, 鼓励创新, 否则会影响国产高性能计算机的发展后劲中国 TOP100 中,TOP 10 的最低性能大于 429Tflops (2012 年 360Tflops), 其中 4 台由 IBM 制造, 国防科大 3 台, 神威 1 台, 曙光 1 台, 中科院过 87

4 科研信息化技术与应用,2013, 4 (6) 表 1 中国 TOP100 排行榜 TOP10 ( ) Table China HPC TOP10 ( ) 序号研制厂商型号安装地点年份应用领域处理器核 1 国防科大天河二号 /MilkyWay-2/TH-IVB-FEP Cluster, 16000x2 Intel Xeon E C 2.2GHz, 16000x3 Intel Xeon Phi 31S1P/TH Express-2 私有高速网络国家超级计算广州中心 Linpack 值 (Gflops) 峰值 (Gflops) 2013 超算中心国防科大天河一号 A/7168x2 Intel Hexa Core Xeon X GHz Nvidia Tesla M2050@1.15GHz+2048 Hex Core FT- 1000@1GHz/ 私有高速网络 80Gbps 国家超级计算天津中心 2010 超算中心国家并行计算机工程技术研究中心神威蓝光 /8575x16 Core 申威 1600@975MHz/QDR Infiniband 国家超级计算济南中心科学计算 / 工业国防科大 5 曙光天河一号 A-HN/2048x2 Intel Hexa Core Xeon X GHz Nvidia Tesla M2050@1.15GHz/ 私有高速网络 80Gbps 曙光星云 /Dawning TC3600 Blade/2560x (2 Intel Hexa Core X Nvidia Tesla C2050 GPU)/QDR Infiniband 国家超级计算长沙中心国家超级计算深圳中心科学计算 / 教育超算中心中科院过程所 Mole-8.5 Cluster/320x2 Intel QC Xeon E Ghz + 320x6 Nvidia Tesla C2050/QDR Infiniband 中国科学院过程工程研 2010 究所科学计算 / 粒子模拟 IBM xseries x3650m3 Cluster, Xeon X5650 6C 2.66 GHz, Gigabit Ethernet 提供商 IBM xseries x3650m3 Cluster, Xeon X5650 6C 2.66 GHz, Gigabit Ethernet 提供商 IBM xseries x3650m4 Cluster, Xeon E C 2.600GHz, Gigabit Ethernet 电子公司 2013 工业 IBM xseries x3650m4 Cluster, Xeon E C 2.600GHz, Gigabit Ethernet 提供商程所 1 台国产机器占据了 TOP10 中的 6 台, 且包揽前六名, 国外机器由 IBM 公司一家独占 4 台且全部用在和工业界世界 TOP500 上的 412 套 (2012 年 379 套 ) 系统使用 Intel 处理器使用八核及以上处理器的机器已经上升到 375 台,53 套系统采用加速部件加速 ( 其中 38 套采用 Nvidia 的 GPU,13 套系统采用 Intel Xeon Phi 处理器 );AMD (43 套 ) 和 IBM (40 套 ) 公司处理器的份额差别不大, 成为处理器的第二和第三大厂商, 但份额都在下降中国 TOP100 中有 14 套系统采用了 GPU/MIC 加速, 全部系统都使用了多核处理器国产处理器和国产高速网络打破了国外技术一统天下的格局, 展现出一线曙光, 而且份额有所扩大, 希望这个趋势能够保持, 继续扩大份额并做好产业化工作亚洲国家在世界 TOP500 上的机器数量有大幅度降低, 从 124 台下降为 106 台排行榜中有来自中国大陆的 63 套系统, 总数继续列亚洲第一, 世界第二 ; 来自日本的 28 套系统来自印度的 12 套系统和 3 套来自其他亚洲国家或地区的系统虽然中国的数量排名世界第二, 但我们应该清醒的认识到, 其中绝大部分的机器并非应用在传统的科学计算应用, 而是新兴的互联网应用目前中国 TOP100 排行榜中机器的平均 Linpack 性能 570Tflops, 是 2012 年 160Tflops 的 3.56 倍, 国内 TOP100 的平均性能首次超过 500Tflops 2013 年 88

5 张云泉 : 2013 年中国高性能计算机发展现状分析与展望国际 TOP500 排行榜中机器的平均 Linpack 性能为 448Tflops, 平均性能首次超过 400TFlops 我国与世界平均性能差距从原来的落后近一年突变为比国际平均水平高 27%! 出现跨越式发展的主要原因是我国发布的天河二号一台超级计算机的 Linpack 性能就占到了中国 TOP100 的总性能的近 60%! 如何用好天河二号, 发挥其巨大的计算能力, 成为未来 2~3 年中国超级计算行业面临的挑战性问题 3 制造商分析我们在图 2 和图 3 中给出了中国 TOP100 制造商的上榜机器数量和性能份额图 2013 年中国 TOP100 排行榜上国内外厂商的上榜机器数量份额, 与 2012 年相比, 变化不大, 美国厂商制造的机器数量上升为装机总数的 48%, 与国内厂商的 52% 份额差距有所缩小但是国外厂商已经很难恢复到 2002 年 76% 的绝对优势状态国产机器的市场份额仍然被曙光浪潮国防科大神威中科院过程所和联想等六家瓜分, 上榜厂商的数量与 2012 年持平, 曙光公司已经连续五年保持中国 TOP100 数量份额第一名的位置国外的上榜厂商继续保持二家, 数量份额名次变为 IBM 和 HP IBM 公司再次与曙光公司并列中国 TOP100 数量份额第一名, 但是其中国 TOP100 总性能第一名的位置被国防科大夺走从机器的 Linpack 性能来看, 国产机器的性能比例为 80.57%, 比 2012 年的 60.25% 大幅上升而国外机器从 2012 年的 39.75%, 大幅下降为 19.43% 国产机器继续拉大在总性能上比国外机器的优势, 有超过 60% 的优势国防科大凭借天河二号连续第六年夺得排行榜第一名, 并再次夺得总性能第一名图 4 给出的是从 2002 年到 2013 年中国 TOP100 国内外厂商系统份额的趋势变化情况总体从装机数量上, 前三名分别是曙光 (35%, 比 2012 年下降 1%, 连续五次取得第一名 ),IBM (35%, 比 2012 年有 2% 上升 ) 和 HP (13%, 再次进入前三名, 份额有 2% 提升 ), 而浪潮 (7%, 份额大幅度下滑, 退出前三名 ); 从机器的 Linpack 性能来看, 前三名分别是国防科大 (65.23%, 大幅度上升并再次夺得第一名 ),IBM (15.74%, 比 2012 年的 34.51% 有下降超过一倍, 下降为第二名 ), 曙光 (10.60%, 比 2012 年的 22.74% 下降超过一倍 ) 曙光公司虽然夺得机器总数量的第一名, 但其机器总性能仅列第三位, 说明机器规模仍然偏小曙光公司连续五年保持总数量份额的第一名, 实属不易, 其对高性能计算机市场多年耕耘, 继续产生回报但所生产的机器有规模规模偏小的趋势, 值得注意国防科大也连续六年保持排行榜冠军的位置, 足以证明其在高性能计算机研制技术上的多年积累很深厚, 但机器的数量只有 4 套, 在产业化和技术推广上, 还有很长的路要走 IBM 公司稳扎稳打, 在互联网应用领域取得绝对优势地位, IBM 35% 曙光 35% HP 13% 浪潮 7% 国防科大 4% 神威 4% 中科院过程所 1% 联想 1% 国防科大 65.23% IBM 15.74% 曙光 10.60% 4235 蚌撒 VQR322"jvvr<11yyy0ucouu0qti0ep 2013 中国 TOP 中国 TOP100 HP 3.69% 神威 2.00% 浪潮 1.68% 中科院过程所 0.87% 联想 0.20% 图 2 中国 TOP100 制造商机器数量份额图 ( ) Fig. 2 China TOP100 vendor system sharing ( ) 图 3 中国 TOP100 制造商机器性能份额图 ( ) Fig. 3 China TOP100 vendor performance sharing ( ) 89

6 科研信息化技术与应用,2013, 4 (6) 虽然失去了总性能份额的冠军位置, 但在机器数量份额上与曙光并列第一, 这与其在国际 TOP500 上的地位是相称的 4 行业领域分析为便于对比分析, 我们在图 5 和图 6 分别给出了 2013 年中国 TOP100 中的行业应用领域的系统数量和系统性能份额图从 2013 年 11 月发布的中国 TOP100 的行业应用领域来看,2013 年国内高性能计算主要分布在互图 4 中国 TOP100 国内外厂商系统份额趋势 ( ) HP IBM SGI SUN DELL 曙光联想神威浪潮清华大学国防科大中科院过程所其它 Fig. 4 China TOP100 vendor system sharing development trends ( ) 联网服务超算中心政府部门工程电信科学计算能源大气气象电力教育游戏云计算服务提供商等十三个领域领域数量有所减少继续保持份额排名第一的位置, 且份额大幅度跃升这与中国互联网公司的快速崛起有很大关系国内的几大主要应用领域是超算中心工程等国内最为突出的特点是应用异军突起, 份额继续保持排行榜的第一位, 成为国际上继游戏之后, 另外一道中国独有的应用现象 2013 年中国 TOP100, 从机器数量上看, (43%, 保持第一, 大幅跃升 ) 超算中心 (10%, 小幅上升到第二 ) 政府部门 (10%, 并列第二, 小幅下降 ) 工程 (8%, 小幅下降, 保持第三 ), 电信 (7%, 再次进入前五名 ) 从机器 Linpack 性能上看, 超算中心 (68.82%, 保持第一, 大幅翻倍上升 ), (15.72%, 保持第二, 大幅下降 ), 由于广州超算一家的性能太高, 使得超算中心的性能占据绝对地位, 其它领域只有很小的性能份额从性能上看, 中国 TOP100 的主要应用领域集中在超算中心和综合来看, 目前的超算中心工程政府部门和电信等领域是高性能计算的主要用户和超算中心增长强劲, 新应用领域在 2013 中国 TOP100 上未出现根据历年积累的数据, 我们在图 7 中给出了中国超算中心 10% 政府部门 10% 工程 8% 电信 7% 科学计算 6% 能源 4% 15.72% 工程 3.21% 大气气象 4% 电信 2.50% 电力 2% 超算中心 68.82% 大气气象 2.23% 43% 云计算 1% 服务提供商中国蚌撒 VQR322"jvvr<11yyy0ucouu0qti0ep 1% TOP 蚌撒中国 VQR322"jvvr<11yyy0ucouu0qti0ep TOP100 教育 2% 游戏 2% 政府部门 2.18% 科学计算 1.95% 其它 3.39% 图 5 中国 TOP100 行业应用领域机器系统份额图 ( ) Fig. 5 China TOP100 application field system sharing ( ) 图 6 中国 TOP100 行业应用领域机器性能份额图 ( ) Fig. 6 China TOP100 application field performance sharing ( ) 90

7 张云泉 : 2013 年中国高性能计算机发展现状分析与展望科学计算能源教育工程电信大气气象政府部门生物信息金融保险游戏税务数据库交通运输地震动漫渲染网络加速视频计算物联网电力后勤服务超算中心云计算服务提供商半导体图 7 中国 TOP100 应用领域趋势 ( ) Fig. 7 China TOP100 application trends ( ) TOP100 从 2002 年到 2013 年的应用领域趋势图如果按产学研三个大领域粗略划分, 学主要是指教育, 研主要是指科研机构 ( 超算中心大气气象生物信息科学计算等 ), 其他的都算作产业, 那么 2013 年产学研三者的数量分别为 :78:2:20 目前产业的份额占据了 2013 年 TOP100 排行榜的 78%, 三者之间比例关系与 2012 年相比变化不大高性能计算教育的超算环境有小幅回升, 增加到 2 套系统在榜上, 分别是上海交通大学和华中科技大学科研机构的超算系统数量有小幅度的上升但是, 超算中心的机器数量份额虽然只达到了 10%, 但其性能份额排名第一且大幅提升, 超过 68%, 说明国家对国家超算中心的投入在 2013 年随着两个 100PFlops 超算国家 863 课题的立项开始变热,2014 年, 除了国家超算广州中心正式上线对外提供服务外, 我们还将看到国家超算无锡中心的建设提上日程在 2012 年国家科技部 863 高效能计算及其应用环境重大专项投入 1 个亿对 8 个应用领域和 1 个超算应用软件平台进行资助, 且每个课题的经费额度超过 1 千万元之后, 由于资金不足, 停止了在 2013 年新一批超算应用领域软件课题的资助, 让人感到意外上述举措, 一个方面, 说明国家在天河一号 A 和天河二号等超级计算机相继夺取世界第一之后, 已经意识到长期忽视对应用软件的投入已经开始影响超级计算机的应用推广和后续研发, 必须平衡投入的重要性, 对推动国产高性能计算平台上几十万核高性能可扩展并行算法与并行软件的研究开发, 有强劲的推动作用将有利于国家战略产业的科学发展, 进一步推动国产行业模拟软件的研发升级, 提升竞争力和创新能力另一方面也说明, 国家对超算应用软件的研发投入的决心不足, 缺乏底气因此, 建议继续加大对 7 个已经成立的国家超级计算中心的研发及应用投入, 持续加大对计算科学软硬件研究开发平台特别是软件的协调支持力度, 维持目前稳定持续的发展势头 5 展望综合从 1993 年开始统计的中国大陆高性能计算机当年性能最高的机器的峰值性能, 我们得到了图 1 中的中国高性能计算机性能发展趋势图 ( ) 从图中的数据可以看出, 中国高性能计算机的研制和生产也是有一定规律的虽然由于早期发展 91

8 科研信息化技术与应用,2013, 4 (6) 变化比较大和其它一些因素的影响, 数据精确度不够高但根据这些数据还是可以给出大致的趋势预测的中国高性能计算机从 1993 年到 1996 年发展平稳 (3 年 ), 没有量级的变化 ; 从 1996 年开始 ( 曙光 1000) 到 1999 年 ( 神威 I) 实现了第一次跨越式的发展 (3 年 ); 从 1999 年到 2001 年又进入平稳发展期 (2 年 ); 然后从 2001 年开始 ( 曙光 3000) 进入另外一次快速发展时期, 这个发展期维持到 2004 或 2005 年 (3 年或 4 年 ), 然后重新进入平稳发展期而 2007 年排行榜第一名性能的小幅增长, 是一个信号, 说明大陆地区开始走出平稳发展期, 进入新一轮快速发展期 2008 年百万亿次机器的出现, 证实了我们之前的观察 2009 年千万亿次天河一号的提前横空出世, 颠覆了我们之前的 2010 年底或年初发布峰值千万亿次国产机器的预言 2010 年 11 月, 天河一号 A 登顶世界 TOP500 第一名, 将作为这个从 2008 年开始的超算发展活跃期的一个休止符,2012 年天河一号 A 再夺国内 TOP100 第一和世界排名快速下降到第八, 标志着我国超算的研制仍然维持在平稳发展期 2013 年 6 月, 天河二号帮助中国再夺世界第一且在 11 月份蝉联世界第一, 说明正如我们所预测的, 中国超算发展在 2013 年再次进入活跃期, 这个活跃期大约会持续到 2015 年底或 2016 年从第一名的峰值性能趋势预测可以看出, 峰值 100TFflops 的机器将在 2007 年到 2008 年间出现 (2008 年 10 月, 已经实现 ); 累计 Linpack 性能将在 2008 年到 2009 年间超过 Petaflops (2008 年 10 月已经实现 ); 峰值 Petaflops 的机器将在 2010 年到年间出现 (2009 年 10 月提前实现 ); 累计 Linpack 性能将提前到年达到 10Petaflops ( 年 11 月已经实现 ); 峰值 10Petaflops 的机器将在 2012 年到 2013 年间出现 (2013 年 6 月已经实现 ) 根据新收集的数据, 可以得到的新预测结果是 : 累计 Linpack 性能将在 2013 年到 2014 年间达到 100Petaflops; 峰值 100Petaflops 的机器将在 2014 到 2015 年左右出现, 峰值 Exaflops 的机器将在 2017 年到 2018 年间出现 [5-6] 综上所述,2013 年的 TOP100 排行榜主要体现了以下几个趋势 :(1) 国防科大连续六年蝉联中国 TOP100 第一名并再次夺得性能份额第一名 ;(2) 曙光公司连续五年保持中国 TOP100 数量份额第一名 ;(3) IBM 公司与曙光公司并列数量份额第一名 ;(4) TOP100 总体性能突破 50PFlops, 达到 57.3PFlops, 总体性能由于天河二号的发布大幅提升 2.58 倍 ;(5) TOP100 平均性能突破 570 万亿次, 超过国际 TOP500 的平均性能 448 万亿次 27%, 第一次由落后 1 年突变为领先国际平均水平 ;(6) 入门系统性能门槛继续大幅提升, 达到 89TFlops, 是 2012 年的 1.8 倍, 比去年增速降低 ;(7) 96 套系统采用机群结构, 计算机体系结构创新形势依然严峻 ;(8) 国产 16 核申威 1600 处理器仍然占据 1% 的处理器份额, 虽然打破了国外处理器垄断 TOP100 排行榜的坚冰, 但没有新的增长 ;(9) NUDT 国产私有高性能网络占据 4% 的高速互联网络份额, 继续扩大国产高性能互联网络的份额 ;(10) 上榜高性能计算机制造商仍然保持 8 家, 市场份额进一步集中 ;(11) 应用领域进一步减少到 13 个, 高性能计算应用继续呈现百花齐放局面超算中心工程政府部门等是高性能计算主要用户展望 2014 年, 采用国产通用芯片的亿亿次国产机器何时能够出现值得期待? 峰值性能突破 100PFlops 大关的国产机器是否能如预期的按时出现值得期待? 参考文献 [1] Hans Meuer, Horst Simon, E. Strohmaier,Jack Dongarra. TOP500 Supercomputer Sites[OL]. org. [2] 张云泉, 孙家昶, 袁国兴, 张林波. 中国高性能计算机 TOP100 排行榜 [OL]. [3] Jack Dongarra. An Overview of High Performance Computing and Challenges for the Future[OL]. San Diego, CA, USA: SIAM, [ ]. utk/people/jackdongarra/slides/siam-0708.pdf. [4] Antoine Petitet, Clint Whaley, Jack Dongarra, Andy Cleary.HPL Benchmark 2.0[OL]. 92

9 张云泉 : 2013 年中国高性能计算机发展现状分析与展望 benchmark/hpl/. [5] Yunquan Zhang, Jiachang Sun, Guoxing Yuan and Linbo Zhang. A Brief Introduction to China HPC TOP100: from development: a view from the 2009 China HPC TOP100 list. China: Frontiers of Computer Science in China, 2010, to 2006, Workshop on High Performance Computing in China: Solution Approaches to Impediments for High Performance Computing, Supercomputing 2007, 10-16, Nov., 2007, Reno, NV, USA, [6] Zhang Yunquan, Sun Jiachang, Yuan Guoxing and Zhang Linbo. Perspectives of China s HPC system 收稿日期 :2013 年 11 月 1 日张云泉 : 中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室, 研究员, 博士生导师, 主要研究领域为并行算法与并行软件 zyq@ict.ac.cn 93

HPC TOP , HPC 2004SCIDACTOPS PI David Keyes TOP100 HPC Supercomputing in China TOP500 Hans Meuer

HPC TOP , HPC 2004SCIDACTOPS PI David Keyes TOP100 HPC Supercomputing in China TOP500 Hans Meuer TOP100 State-of-the-Art Analysis and Perspectives of China HPC Development: A View from 2011 HPC TOP100 (Yunquan Zhang) GTC Asia 2011 12 14 HPC TOP100 200210, 2004 863 2007 2005 2006 2007 2004 7 2007 130HPC