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岩璇湛
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1 中国高性能计算机的发展趋势分析与展望从中国 TOP100 排行榜谈起 State-of-the-Art Analysis and Perspectives of China HPC Development: A View from 2010 HPC TOP100 张云泉 (Yunquan Zhang) 中科院软件所并行软件与计算科学实验室计算机科学国家重点实验室合作者 : 孙家昶袁国兴张林波 zyq@mail.rdcps.ac.cn 中国高性能计算技术发展论坛 2010 海南三亚 2010 年 11 月 10 日

中国 HPC TOP100 排行榜 2002 年国内首次推出的高性能计算机排行榜, 经过 8 年的运作,

成为很多用户购买高性能计算机的重要参考和评标依据, 并被学术报告和项目申请引用 2004 年获得国家 863 高性能计算机及其核心软件重大专项

年继续获得滚动资助以该排行榜内容为依据编写的分析报告,2005 2006 2007 三年入选中国计算机学会学术工委编写的年度

年到会人数超过 130 人成为 HPC 产业界的年度盛会 2004 年, 美国 SCIDAC 计划 TOPS PI David Keyes 以

排行榜英文版内容每年都和 TOP500 负责人 Hans Meuer 和 Jack Dongarra 教授等进行交流.

2 中国 HPC TOP100 排行榜 2002 年国内首次推出的高性能计算机排行榜, 经过 8 年的运作, 已成为大陆高性能计算机排行方面事实上的工业标准, 得到广大研究人员, 用户厂商和政府部门的认可成为很多用户购买高性能计算机的重要参考和评标依据, 并被学术报告和项目申请引用 2004 年获得国家 863 高性能计算机及其核心软件重大专项专家组的认可, 获得其子项目高性能计算机性能测试技术及方法研究的资助, 被纳入该项目所成立的高性能计算机评测中心的研究工作 2007 年继续获得滚动资助以该排行榜内容为依据编写的分析报告, 三年入选中国计算机学会学术工委编写的年度中国计算机科学技术发展报告以此为契机于 2004 年创办的全国高性能算法软件研究开发研讨会已成功举办 6 届, 成为系列会议 2007 年到会人数超过 130 人成为 HPC 产业界的年度盛会 2004 年, 美国 SCIDAC 计划 TOPS PI David Keyes 以 TOP100 排行榜为基础, 对中国的 HPC 发展情况进行分析和研究, 并做了 Supercomputing in China 报告排行榜英文版内容每年都和 TOP500 负责人 Hans Meuer 和 Jack Dongarra 教授等进行交流. 日前 TOP500 网站与国内 TOP100 网站互相交换了链接,TOP500 以新闻的形式报道了中国 TOP100. 协会 2007 和 2010 年收到美国国家自然基金委资助的 Supercomputing Workshop 的特邀报告邀请, 专门向美国科学家介绍中国大陆 TOP100 的发展和趋势

2010 年中国高性能计算机性能 TOP100 排行榜张云泉孙家昶袁国兴张林波中国软件行业协会数学软件分会国家 863

cn) 本排行榜为中国软件行业协会数学软件分会国家 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业委员会联合公开发布的 2010

cn), 欢迎各方提供准确信息引用者需要注明出处 ; 用于商业目的者, 须经中国软件行业协会数学软件分会许可联系人 : 张云泉博士

3 2010 年中国高性能计算机性能 TOP100 排行榜张云泉孙家昶袁国兴张林波中国软件行业协会数学软件分会国家 863 高性能计算机评测中心中国计算机学会高性能计算专业委员会 ( 本排行榜为中国软件行业协会数学软件分会国家 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业委员会联合公开发布的 2010 年中国高性能计算机性能 TOP100 排行榜, 版权属于中国软件行业协会数学软件分会 ( 欢迎各方提供准确信息引用者需要注明出处 ; 用于商业目的者, 须经中国软件行业协会数学软件分会许可联系人 : 张云泉博士 (zyq@mail.rdcps.ac.cn 或者 samss@mail.rdcps.ac.cn) 本排行榜得到国家 863 高效能计算机及网格服务环境重大专项课题, 高效能计算机系统测评技术研究 ( No.2006AA01A105) 的资助

4 2010 年中国高性能计算机性能 TOP100 排行榜注解 1: 本排行榜的 Linpack 数据只包括中国大陆地区, 有如下几个来源 : 来源标为 Q 的 Linpack 数据是经过本协会测试抽查的数据或部级鉴定会认可的数据 ; 来源标为 T 的 Linpack 数据是从国际 TOP500( 公布的数据引用来的 ; 来源标为 C 的 Linpack 数据是机器制造商提供的数据 ; 来源标为 U 的 Linpack 数据是根据商业公司的公开数据用户填写的调查表的数据给出 ; 由用户 / 厂商填写的数据, 本协会只负责对其合理性进行检查, 其真实性由填写调查表的用户 / 厂商负责 ; 根据人力和物力的情况, 本协会将适当加大由协会参与测试的数据的比例 ; 来源标为 S 的 Linpack 数据是从国际 TOP500( 公布的同型号高性能计算机系统较大规模机器的 Linpack 值等比推算出来的

5 2010 年中国高性能计算机性能 TOP100 排行榜注解 2: 各系统的峰值数据主要根据用户 / 厂商填写的调查表中数据给出本协会只负责对其合理性进行检查, 其真实性由填写调查表的用户 / 厂商负责 ; 本排行榜将至少在每年 10 月底或 11 月上旬公布一次 ; 调查和整理过程中, 难免出现疏漏和错误, 欢迎对调查表中的问题提出您的意见, 请将反馈意见发到 : samss@mail.rdcps.ac.cn; 联系人 : 张云泉博士 (zyq@mail.rdcps.ac.cn)

6 2010 CHINA HPC TOP10 排名 1 厂商型号安装地点年份应用领域国防科大 2 曙光 3 中科院过程所天河一号 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 曙光星云 /Dawning TC3600 Blade/Intel Hexa Core X Nvidia Tesla C2050 GPU/QDR Infiniband Mole-8.5 Cluster/320x2 Intel QC Xeon E Ghz + 320x6 Nvidia Tesla C2050/QDR Infiniband 国家超级计算天津中心曙光天津产业基地中国科学院过程工程研究所科学计算 / 工业科学计算 / 工业科学计算 / 粒子模拟处理器核 Linpack (Gflops) 来源 Peak (Gflops) 效率 Q C Q 曙光魔方 / 曙光 5000A/1920x4 AMD QC Barcelona 1.9GHz/DDR Infiniband/WCCS+Linux 上海超级计算中心 2008 科学计算 / 工业 C 联想 6 曙光 7 曙光深腾 7000/1240x2 Intel Xeon QC E GHz/140x4 Intel Xeon QC X GHz Infiniband 4xDDR 曙光星云 /Dawning TC3600 Blade/220x(2 Intel Hexa Core X NVidia Tesla C2050)/QDR Infiniband 生物专用机 /Dawning TC3600 Blade/Intel Hexa Core X NVidia Tesla C2050 GPU/QDR Infiniband 中国科学院超级计算中心成都超级计算中心 ( 二期 ) 中国科学院计算技术研究所 2008 科学计算 C 科学计算 / 工业 C 生物信息学 C IBM xseries x3650m2 Cluster/Intel Xeon QC E55xx 2.53 Ghz/Giga-E 工程公司 2010 工业 T HP Cluster Platform 3000 BL460c G6/Intel Xeon E GHz/Giga-E 10 IBM BladeCenter HS22 Cluster/Intel Xeon QC GT 2.53 GHz/Giga-E 中国电信 2010 电信 C 网络公司 2009 工业 / 游戏 T

7 2010 CHINA HPC TOP100 NO.11- NO.20 排名厂商型号安装地点年份应用领域处理器核 Linpack (Gflops) 来源 Peak (Gflops) 效率 11 IBM BladeCenter HS22 Cluster/Intel Xeon QC GT 2.53 GHz/Giga-E 网络公司 2009 工业 / 游戏 T IBM BladeCenter HS22 Cluster/Intel Xeon QC GT 2.53 GHz/Giga-E 网络公司 2009 工业 / 游戏 T 曙光曙光星云 /Dawning TC3600 Blade/710xIntel Hex a Core X x NVidia Tesla C2050/QDR Infiniband 北京市计算中心 ( 二期 ) 2010 科学计算 / 工业 C IBM xseries x3650m2 Cluster/Intel Xeon QC E55xx 2.53 Ghz/Giga-E 服务提供商 2010 工业 T IBM 16 IBM 17 HP xseries x3650m2 Cluster/Intel Xeon QC E55xx 2.53 Ghz/Giga-E BladeCenter HS22 Cluster/Intel Xeon QC GT 2.53 GHz/Giga-E Cluster Platform 3000 BL480c/Intel Xeon Ghz/GigE 服务提供商 2010 工业 T 网络公司 2010 工业 T 电信公司 2009 电信 C 浪潮 TS10000/300x2 Intel Xeon Hexa Core X GHz/QDR Infiniband 吉林大学 2010 科学计算 / 教育 C HP Cluster Platform 3000 DL160/Intel Xeon Hexa Core E G/Giga- E+DDR Infiniband 中国石油东方地球物理勘探有限公司 2010 能源 / 地球物理 C IBM IBM BladeCenter HS22 Cluster/400x2 Intel Xeon GHz/Infiniband 南京大学 2009 科学计算 / 教育 C

8 2010 CHINA HPC TOP100 NO.21- NO.30 排名厂商型号安装地点年份应用领域处理器核 Linpack (Gflops) 来源 Peak (Gflops) 效率 21 曙光曙光 5000/420x2 Intel Quad Core 3.0GHz/DDR Infiniband 计算物理国家重点实验室 2009 科学计算 C IBM 23 IBM BladeCenter HS22 Cluster/Intel Xeon QC GT 2.53 GHz/Giga-E BladeCenter HS22 Cluster/Intel Xeon QC GT 2.53 GHz/Giga-E 网络公司 2009 工业 / 游戏 T 网络公司 2009 工业 / 游戏 T IBM BladeCenter HS22 Cluster/Intel Xeon QC GT 2.53 GHz/Giga-E 网络公司 2009 工业 / 游戏 T IBM BladeCenter HS22 Cluster/Intel Xeon QC GT 2.53 GHz/Giga-E 网络公司 2009 工业 / 游戏 T HP Cluster Platform 3000 BL460c G1/Intel Xeon L GHz/Gig-E 27 IBM xseries x3650m2 Cluster/Intel Xeon QC E55xx 2.53 Ghz/Gig-E 后勤服务 2009 工业 C 电信公司 2010 工业 T IBM 29 IBM BladeCenter HS22 Cluster/ Intel Xeon QC X55xx 2.66 GHz/Giga-E BladeCenter HS22 Cluster/Intel Xeon QC GT 2.53 GHz/Giga-E 工程公司 2010 工业 T 网络公司 2009 工业 / 游戏 T HP Cluster Platform 3000 BL460c/Intel Xeon E54xx 2.33 GHz/Giga-E 电信公司 2008 电信 C

9 2010 CHINA HPC TOP100 NO.31- NO.40 排名厂商型号安装地点年份应用领域处理器核 Linpack (Gflops) 来源 Peak (Gflops) 效率 31 曙光 32 IBM 33 IBM 34 HP 35 DELL 36 HP 37 IBM 38 浪潮 39 IBM 40 宝德曙光 5000/AMD Opteron Quad Cores 2.4 GH z/giga-e IBM Cluster BladeCenter HS22/740x2 Intel QC E GHz/Giga-E BladeCenter HS21 Cluster/630x2 Intel Xeon E5430 Quad Core 2.66GHz/Giga- E Cluster Platform 3000 BL460c/Intel Xeon E G + Xeon G/DDR Infiniband PowerEdge M605 Blade/360x2 AMD Hexa Core GHz/ Giga-E Cluster Platform 3000 BL460c/384x2 Intel Xeon E5430 Quad Core 2.66GHz/ Infiniband 20Gb/s BladeCenter HS21 Cluster/558x2 Intel Xeon E5430 Quad Core 2.66GHz/Giga- E TS10000/288x2 Intel Xeon QC X5550/DDR Infiniband IBM BladeCenter LS22 Cluster/256x2 AMD Opteron Istanbul GHz/10GE PowerScale 8000/512x Intel Harpertown Xeon Quad Core 3.0GHz(X5450)/Infiniband 政府部门 2010 政府部门 C 政府部门 2010 政府部门 C 中石油四川石油物探公司中国科学院大气物理研究所华大基因深圳研究院中国地震局工程力学研究所 ( 北京 ) 中石油大庆物探公司中国科学院数学与系统科学研究院中国石油大学 ( 北京 ) 2008 能源 / 地球物理 C 大气气象 C 生物信息 C 科学计算 / 地震工程能源 / 地球物理 U T 科学计算 C 能源 / 地球物理 C 湖南 2008 科学计算 C

10 排名 2010 CHINA HPC TOP100 NO.41- NO 宝德 42 曙光 43 曙光 44 厂商型号安装地点年份应用领域处理器核国家并行计算机工程技术研究中心 45 IBM 46 HP 47 IBM 48 曙光 49 曙光 50 HP PowerScale 8000/568xIntel Tigerton Xeon Quad Core 2.93GHz(X7350)/Infiniband DDR 4X 曙光 5000/Intel Xeon Quad Cores 2.33/2. 66 GHz/Giga-E 曙光 5000/Intel Xeon Quad Cores 2.4 GH z/giga-e 神威 3000A/242 x 2 Intel Xeon Quad Core E GHz/DDR Infiniband IBM BladeCenter HS21 Cluster, Intel Xeon 51xx(Woodcrest) dual core 2.33 GHz/Giga-E Cluster Platform 3000 BL460c G1/Intel Xeon L GHz/Giga-E BladeCenter HS21 Cluster/506x2 Intel Xeon Quad Core 2.33GHz/Giga-E 曙光 5000/AMD Opteron Quad Cores 2.4 GHz/Giga-E 曙光 5000/Intel Xeon Quad Cores 2.4 GH z/giga-e Cluster Platform 3000 BL460c G1, Xeon GHz/Giga-E Linpack (Gflops) 来源 Peak (Gflops) 效率江苏 2008 科学计算 C 电视台 2010 网络公司 ( 北京 ) 2010 工业 / 视频计算工业 / 互联网 C C 北京 2009 大气气象 C 中石化胜利油田分公司物探研究院地球物理研究所 2007 能源 / 地球物理 T 电信公司 2009 电信 C 中石油东方地球物理公司科研机构 ( 上海 ) 网络公司 ( 北京 ) 电信公司 ( 北京 ) 2007 能源 / 地球物理 C 政府部门 C 工业 / 互联网 C 电信 C

11 2010 年 10 月 15 日, 数学软件分会孙家昶袁国兴和张云泉等三人现场考察国防科技大学研制成功的千万亿次超级计算系统天河一号 A

14 2010 年 10 月 23 日, 国际 TOP500 作者之一美国田纳西大学 Jack Dongarra 教授和 Beowulf 之父 LSU Thomas Sterling 教授数学软件分会副理事长迟学斌研究员秘书长张云泉研究员等现场考察天河 1A

17 中国 TOP100 性能分析 (1) 中国 TOP100 的总 Linpack 性能 6.23PFlops(2009 年 2.2PFlops),2.83 倍 (2009 年 2.12 倍 ); 2010 年 6 月,TOP500 排行榜第一名仍然被 Cray 公司的 Jaguar XT5-HE 保持,Linpack 性能 1.759PFlops; 但 Roadrunner 降为世界第三, 第二名的位置被曙光星云首次夺得, Linpack 性能 1.206PFlops ; 国防科大以天河 1A 再次蝉联中国 TOP100 第一名,Linpack 性能 2.5PFlops, 峰值 4.7PFlops 中国是否会历史性的夺得世界 TOP500 排行榜第一, 值得期待!

18 中国 TOP100 性能分析 (2) 全部机器的 Linpack 性能超过 9.6Tflops 2009 年 6.8TFlops,1.41, 比去年的 2.04 倍下滑全部系统的峰值超过 11TFlops 2009 年 8.1TFlops,1.36 倍, 比去年的 2.03 倍下滑 ; 排名前三的机器全部是 CPU+GPU 异构机群共有 98 个 (2008 年 96 个 ) 系统是机群机群继续占据主导地位前 10 名里 5 台是 CPU+GPU 异构机群

19 CLUSTER SHARING TRENDS OF CHINA HPC TOP100 ( ) Count Clusters

20 中国 TOP100 制造商分析 (1) 国产机器引进机器厂商系统份额 Rmax [TF/s] Rpeak [TF/s] 平均效率 (%) 处理器核曙光 34 34% % 浪潮 5 5% % 联想 3 3% % 神威 3 3% % 6096 宝德 2 2% % 4320 国防科大 1 1% % 中科院过程所 1 1% % 国产小计 49 49% % IBM 28 28% % HP 19 19% % Dell 3 3% % 6880 SUN 1 1% % 1200 引进小计 51 51% % 总计 % %

21 中国 TOP100 厂商份额趋势 HP IBM SGI SUN DELL 曙光联想神威浪潮清华大学宝德蚬壳星盈上海大学自行组装 2007 华云计算所聚星北京计算中心其它

22 中国 TOP100 制造商分析 (2) TOP10 中, 曙光 4 台 (No.2,4,6,7), IBM 2 台 (No.8,10), 国防科大 1 台 (No.1), 中科院过程所 1 台 (No.3), 联想 1 台 (No.5)HP 1 台 (No.9). 美国制造的机器数量仍然占装机数量的 51%, 比 2009 年的 55% 继续小幅下降 ; 国产机器厂商有曙光浪潮联想神威宝德国防科大和中科院过程所等上榜, 数量继续保持七家国产机器 ( 曙光公司 ) 继续保持中国 TOP100 数量份额第一名! 国外机器由 5 家下降为 4 家,IBM HP DELL 和 SUN 曙光公司连续二年保持中国 TOP100 数量份额的第一名! 且份额大幅度上升! 共有十一家厂商上榜, 但份额集中在曙光 IBM 和 HP 等厂商! Linpack 性能来看, 国产机器的性能比例为 81.08%%, 比 2009 年的 59.31% 大幅跃升而国外机器从 2009 年的 %, 大幅下滑到 18.92% 跨越式发展! 国防科大连续两年保持中国 TOP100 冠军和总性能份额第一名! 国外机器的数量优势丧失殆尽, 国产机器在总性能上远远超过国外机器, 有 4.3 倍的优势

23 中国 TOP100 制造商机器数量份额图 IBM 28% 曙光 34% HP 19% 浪潮 5% 2010 中国 TOP100 DELL 3% 联想 3% 神威 3% 宝德 2% 国防科大 1% SUN 1% 中科院过程所 1%

24 中国 TOP100 制造商机器性能份额图 IBM 12.08% HP 5.90% 中科院过程所 3.33% 联想 2.03% 曙光 32.55% 浪潮 1.48% 国防科大 40.23% 神威 0.81% DELL 0.77% 2010 中国 TOP100 SUN 0.17% 宝德 0.65%

25 中国 TOP100 行业领域分析 (1) 应用领域数量 ( 套 ) 份额 Linpack[GF/s] 峰值 [GF/s] 平均效率处理器数能源 17 17% % 工业 15 15% % 科学计算 12 12% % 游戏 9 9% % 政府部门 9 9% % 电信 7 7% % 教育 7 7% % 气象 5 5% % 生物信息 4 4% % 互联网 4 4% % 后勤服务 2 2% % 8368 地震 2 2% % 4608 视频计算 2 2% % 6608 电力 2 2% % 4240 动漫渲染 1 1% % 2080 物联网 1 1% % 2176 金融保险 1 1% % 2048 总计 % %

26 中国 TOP100 行业领域分析 (2) 主要分布在能源工业科学计算游戏政府部门电信教育大气气象生物信息互联网后勤服务地震视频计算电力动漫渲染物联网和金融保险等十七个领域领域数量有所增加从机器数量上, 能源 (17%, 去年 20%, 继续小幅下滑, 保持第一 ) 工业 (15%, 保持第二 ) 科学计算 (12%, 小幅下滑, 保持第三 ) 从机器 Linpack 性能上看, 工业 (69.01%, 大幅提升保持第一 ), 科学计算 (7.65%,2009 年 12.21%, 份额继续下降 ), 游戏 (4.67%, 份额大幅下滑 ) 综合来看, 能源工业科学计算游戏和政府部门等是高性能计算主要用户物联网互联网和电力等作为新应用领域在中国 TOP100 上首次出现

27 中国 TOP100 应用领域趋势科学计算能源教育工业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互联网物联网电力后勤服务

28 中国 TOP100 行业应用领域机器系统份额图政府部门 9% 游戏 9% 科学计算 12% 工业 15% 电信 7% 教育 7% 能源 17% 气象 5% 生物信息 4% 互联网 4% 后勤服务 2% 地震 2% 视频计算 2% 电力 2% 动漫渲染 1% 2010 中国 TOP100 物联网 1% 金融保险 1%

29 中国 TOP100 行业应用领域机器性能份额图科学计算 7.65% 游戏 4.67% 能源 4.26% 电信 3.00% 政府部门 2.21% 工业 69.01% 教育 2.08% 生物信息 1.62% 气象 1.37% 2010 中国 TOP100 其它 4.13%

30 中国 TOP100 多核处理器系统份额图四核 81% 六核 14% 双核 2% 十二核 4% 2010 中国 TOP100

31 中国 TOP100 处理器制造商系统份额图 Intel 80% AMD 19% IBM 1% 2010 中国 TOP100

32 中国 TOP100 互联网络系统份额图 Infiniband 37% 10GE 1% Giga-E 59% HyperPlex 1% Federation 1% 2010 中国 TOP100 NUDT Private 1%

33 中国 TOP100 性能发展趋势 1E+11 1E+10 1E+09 1E+08 1E+07 1E+06 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累计性能趋势第一名峰值趋势 GFlops 年份

34 趋势和展望 (1) 综合从 1993 年开始的中国国产公开高性能计算机当年性能最高机器峰值性能, 我们得到了图中的中国高性能计算机性能发展趋势图 ( ) 中国高性能计算机从 1993 年到 1996 年发展平稳 (3 年 ), 没有量级变化 ; 从 1996 年开始 ( 曙光 1000) 到 1999 年 ( 神威 I) 实现了第一次跨越式发展 (3 年 ); 从 1999 年到 2001 年又进入平稳发展期 (2 年 ); 从 2001 年开始 ( 曙光 3000) 到 2005 年, 进入另外一次快速发展时期,( 曙光 4000A, 深腾 6800, 国家气象局 21 万亿次机器 )(4 年 ); 从 2004 年 2007 年, 重新进入平稳发展期 (3 年 ) 平稳期在 2008 年结束, 开始进入另外一个活跃发展周期, 大约会持续 2 到 3 年

35 趋势和展望 (2) 从 TOP100 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 ); 累计 Linpack 性能将在 2008 年到 2009 年间超过 Petaflops(2008 年 10 月 ); 峰值 Petaflops 的机器将在 2010 年到 2011 年间出现 ( 提前完成!); 峰值 10Petaflops 的机器将在 2012 年到 2013 年间出现 ; 累计 Linpack 性能将在 2011 年到 2012 年间达到 10Petaflops; 峰值 100Petaflops 的机器将在 2014 年到 2015 年间出现 ; 累计 Linpack 性能将在 2013 年到 2014 年间达到 100Petaflops

36 谢谢! THANKS Q&A 请多提宝贵意见! 欢迎加入 SAMSS 和 CCF 高专委! 欢迎出席 HPC CHINA 2011 JINAN, SHANDONG

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