專訪NV&天河1A：中國驕傲 世界驕傲！
泡泡網(wǎng)顯卡頻道1月22日 2013年1月17日—中國天津—國家超級計算天津中心—今日，天津經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)、國家超級計算天津中心以及視覺計算技術行業(yè)領袖NVIDIA®（英偉達?）公司正式舉行簽署儀式，三方將共同打造聯(lián)合實驗室。天津經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)管理委員會副主任張國盛先生、國家超級計算天津中心劉光明主任以及NVIDIA公司PSG全球副總裁Shanker Trivedi先生共同出席了此次儀式。三方合作將共同致力于提升國內超級計算機技術整體水平，同時也為中國超級計算機領域培養(yǎng)更多優(yōu)秀人才而努力。
天津經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)管理委員會副主任張國盛先生與NVIDIA公司PSG全球副總裁Shanker Trivedi先生高層會談
如今，高性能計算已經(jīng)成為世界高新技術領域的戰(zhàn)略制高點，是科技競爭力和綜合國力的重要標志。中國最近幾年在硬件、軟件和應用方面取得了重大進展，大大提升了超級計算的水平。此次天津經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)、國家超級計算天津中心以及NVIDIA攜手打造的聯(lián)合實驗室將對NVIDIA一系列技術包括CUDA, OpenACC, Cloud Supercomputing技術等進行開發(fā)和應用的研究。進一步提升國內超級計算機技術整體水平，培養(yǎng)更多的超級計算機技術人才，從而有力帶動中國的科技進步和經(jīng)濟、社會發(fā)展，為人類的科技進步做貢獻。
2006年，天津經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)成為繼深圳和上海浦東之后，帶動中國經(jīng)濟騰飛的"第三增長極"。天津經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)致力于成為天津濱海新區(qū)綜合配套改革試驗的先行先試區(qū)、中國北方對外開放的門戶、高水平的現(xiàn)代制造業(yè)和研發(fā)轉化基地、宜居生態(tài)型新城區(qū)；致力于構建一個能夠吸引、容納各種先進經(jīng)濟要素、經(jīng)濟實體，有利于創(chuàng)造更多精神和物質財富，資源豐富、充滿活力、欣欣向榮、和諧發(fā)展的中國新經(jīng)濟平臺。
依托現(xiàn)代制造業(yè)迅猛發(fā)展，天津經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)對裝備制造、電子信息、生物醫(yī)藥等主導產業(yè)投入巨資，進行重點研發(fā)，并建立起公共研發(fā)平臺。京、津兩地的200多所高等院校也源源不斷地為天津開發(fā)區(qū)提供充足的人才資源。2010年，國家超級計算天津中心在天津經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)正式建成我國自主研發(fā)的“天河一號A”超級計算機，在LINPACK基準測試中，該計算機性能高達2.507 Petaflops，當年即榮登全球超算性能榜首位置。
“天河一號A”也是國家超級計算天津中心首度與NVIDIA合作，將大規(guī)模并行GPU與多核CPU相結合，在性能、尺寸以及功耗等方面均取得了巨大進步，是當代異構計算的典型代表。該系統(tǒng)采用了7168顆NVIDIA Tesla M2050 GPU以及14,336顆CPU，不僅為超級計算機的性能大幅提升，同時也保證了超級計算機的功耗得到更好地控制。
NVIDIA針對于高性能計算的解決方案相比競爭對手更為成熟并且風險更低，全球的科學家與研究人員正在利用NVIDIA GPU來解決最復雜的難題，這些難題涵蓋了從氣候建模和量子物理學到攻克癌癥等所有范圍。NVIDIA CUDA架構讓GPU不僅能夠用于處理圖像像素，而且還能夠用于處理數(shù)值數(shù)據(jù)。NVIDIA GPU通過利用CUDA技術，編程移植更具便捷性，從而讓超級計算更加高效、更易于普及。
NVIDIA公司PSG全球副總裁Shanker Trivedi先生表示：“GPU正在以一種深遠的方式重新定義高性能計算，在去年發(fā)布的五百強超級計算機榜單中，有超過50臺系統(tǒng)采用了NVIDIA GPU。我們將通過與國家超級計算天津中心共同打造聯(lián)合實驗室的形式，共同推動科研工作者發(fā)現(xiàn)效率的提升、協(xié)助解決全世界最復雜科學難題，同時也會將“天河一號A”的性能廣泛應用于各行各業(yè)的設計和研發(fā)中?！?/P>
國家超級計算天津中心劉光明主任與NVIDIA公司PSG中國副總裁Ashok Pandy先生簽約共建聯(lián)合實驗室儀式
隨著行業(yè)用戶需求的增加，高性能計算的需求也將會呈現(xiàn)穩(wěn)定攀升的趨勢?！疤旌右惶朅”的成功，為超級計算行業(yè)指明了一條具有“中國特色”全新發(fā)展方向。此次國家超級計算天津中心與NVIDIA的再度攜手預示著NVIDIA對中國超級計算的高度關注，強強聯(lián)手將會再次為中國超級計算行業(yè)帶來新的突破。對中國未來超級計算人才培養(yǎng)提供非常好的溫床，助力超級計算的蓬勃發(fā)展。我們堅信，隨著國家超級計算天津中心與NVIDIA的不斷深入合作，在未來將會有越來越多的“天河一號A”在實際生產生活中得以應用，成為各領域科學計算的重要工具！
簽約儀式舉行之后，媒體來到位于天津市濱河新區(qū)的國家超級計算天津中心。
國家超級計算天津中心：天河
天河由胡錦濤總書記題名
天河1A曾經(jīng)是世界上最強的超級計算機
機組實拍
國家超級計算天津中心應用研發(fā)部孟祥飛部長為媒體講解天河1A特性
應用演示
天河1A擁有大量自主研發(fā)技術，最核心的互聯(lián)組件均由國防科技大學研制。也就是說，除了CPU和GPU，其他配件都是自行設計并制造的。和個人PC不同，超級計算機中CPU、GPU并不是性能的全部，如何將數(shù)千顆CPU和GPU連接在一起，進行高效率的計算和通信才是重中之重。而自主研發(fā)的天河1A在這方面處于世界頂尖水準。
在參觀并了解天河1A超級計算機之后，國家超級計算天津中心劉光明主任和NVIDIA®（英偉達?）公司PSG全球副總裁Shanker Trivedi接受了媒體采訪，首先是國家超算天津中心劉光明的部分。
媒體：從天河一號A的配置上來看，主要采用了三種處理器，分別是Intel處理器、Tesla還有自主研發(fā)的飛騰1000。這三種不同架構的處理器各自不同的工作是什么？
國家超級計算天津中心劉光明主任：河一號當時提出來一個異構融合的結構，通俗地講，就是CPU+GPU的組合，它的過程實際上是因為2005年到2007年，國防科技大學研究通用CPU和GPU加速器的結合來提高超級計算機的計算性能。這個問題的來由是什么呢？大家可以看到，不管是當前國際上還是自主研發(fā)的這種通用CPU，這些都是千萬億級計算機，或者更高級別的計算機，用通用CPU計算機去做的話很難做，因為規(guī)模大，功耗大，而且使用起來不一定很好。一個典型的例子，2011年下半年，當時美國IBM承擔了一個美國計算機的研究項目，完全都是通用CPU的方法去構建最快計算機，結果這個項目流產了。研制它的費用很高，做出的機器規(guī)模也比較大占地規(guī)模大，功耗也比較大。實際上這之前，國防科技大學2005年到2007年就在研究，用通用CPU與GPU加速器結合，當時我們自己做了一個流處理器，結合起來之后發(fā)現(xiàn)有很大一類高性能計算機的應用，像流體力學、氣動力學、FFT、CFD的東西，包括還有很多算法都適合這種結構，解決很多復雜的數(shù)學問題，這種結構是適用的。后來，在2009年的時候，天河一號做第一期的時候，當時因為要做一個實用性能比較高的系統(tǒng)，所以就選用了AMD的GPU來替代當時國防科技大學自己研究的流處理器，這樣就誕生了當時的天河一號，這個機器當時排名是世界第五，亞洲第一。
后來我們發(fā)現(xiàn)了Tesla 2050，因為AMD的GPU沒有ECC校驗，而Tesla有ECC校驗，所以在2010年的時候，我們做了一個升級，GPU換成了NVIDIA的，同時高速互聯(lián)系統(tǒng)換成我們自己的了，我們自己銀河的高速互聯(lián)，我們自己強化的操作系統(tǒng)，升級了之后又做了一些優(yōu)化，做出了天河一號A，整個過程是這樣的。
另外天河一號A是怎么工作的？整體上這個系統(tǒng)分成兩部分，一部分是Intel的CPU加上NVIDIA的GPU構成了一個現(xiàn)在新的系統(tǒng)，這個系統(tǒng)在整個所有天河系統(tǒng)的7/8，另外1/8的部分是用的我們自己的CPU，飛騰1000，這套系統(tǒng)應該說是實驗優(yōu)化的環(huán)境，我們有很多科技計算的程序，一些應用都在這上面做測試，做實驗，有一些應用也是一種實際的應用，不斷的調試，測試，完善。
天河1A的核心技術均為自主研發(fā)并且處于全球領先水平
媒體：在性能前10名的HPC里面有6個不是用混合架構的系統(tǒng)，我不知道您對這個如何評價，有6臺這樣的設備出現(xiàn)在最尖端的HPC的系統(tǒng)里面。
國家超級計算天津中心劉光明主任：國際上出現(xiàn)一個傾向，2010年10月之后，中國的天河一號A獲得世界靠前之后，同時中國的曙光是世界第三，實際上歐美日政府對它的關注度提升了。國外建新的超算中心，投資一個新的機器這個周期比較長。天河一號A出來之后，政府追加了一些投資，有些投資可能提前執(zhí)行了，是在原來的基礎上把它擴充了。所以你看到，去年6月份出的三臺都是天河一號A之前的，比較容易做，從政府投資，技術上來講都比較容易，這是你所看到的前10臺。實際上它存在的問題呢，就是要再擴大的話，比較受限，只能滿足當前的需要。
媒體：我是有一個關于應用方面的問題想請教一下兩位，剛才NVIDIA的領導也提到了，未來會把基于Kepler方面的應用推到成千上萬個應用，同時今天也成立了這樣一個聯(lián)合的實驗室，我覺得未來如何推動異構的編程可能是未來應用很重要的點，我想請教一下兩位，在NVIDIA方面，我們在推動異構編程方面未來重點的方向是什么。在劉主任這方面，給我們大家分享一些關于異構編程和應用這方面的經(jīng)驗。
國家超級計算天津中心劉光明主任：在我們操作中心來講，天河一號A這種異構結構幾個典型的應用還是應用得不錯的，最典型的石油勘探數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過天河一號A，已經(jīng)完成了具有自主知識產權的石油三維歷史偏移。這個軟件過去是掌握在國外人手上，國外公司手上，對于我們來講是高價政策，你要買價格很高，有的東西還不賣給你，他自己用還不賣。我們現(xiàn)在通過天河一號A，從2011年年初開始，跟東方物探進行合作，持續(xù)做了兩年的時間，整體性能從通用CPU的版本上升到CPU+GPU的版本，整體性能提升了大概六倍。同時我們在這個基礎上又做了一個基于計算系統(tǒng)做的優(yōu)化，磁盤的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)變成一個基于內存的。另外包括現(xiàn)在的氣動力學，大飛機的仿真，說得更通俗一點就是數(shù)字風洞的處理，還包括一些典型的應用，包括還有一些源的分析等等這些，現(xiàn)在應用都不錯。
我們這次跟NVIDIA成立一個聯(lián)合實驗室，主要是兩個方面，一個方面就是在異構結構上，在優(yōu)化，用他們一些新的軟件，提升用戶使用的效率，這是一個方面。第二個層次，基于天河一號A新的通信處理技術，硬件和軟件，剛剛講的云計算，物聯(lián)網(wǎng)，包括智慧城市，包括三網(wǎng)合一。這一塊兒我們想跟NVIDIA，在這幾個方面進行合作。落在濱海開發(fā)區(qū)，帶動本地高端信息產業(yè)的發(fā)展，也做一個示范，帶動我們國家在這些領域的快速發(fā)展。
剛才記者會上展示過過，人臉識別，這應該是NVIDIA的專長，做人臉的識別，圖象處理是非常擅長的，這方面的應用，智慧城市來講，國家安全方面有很好的應用前景。PC方面的合作之外，基于現(xiàn)在云計算這一大類新興產業(yè)方面的發(fā)展，合作，還有很好的合作前景，也可以產生很好的合作效益。
實際上我們今天合作，包括云計算，在新興產業(yè)方面怎么再上一個新臺階。那一塊兒作為媒體來講，天河一號獲得世界靠前之后，我們實際上客觀的講，我跟很多媒體都說，我們實現(xiàn)一個重大的轉身，或者叫華麗轉身，一定是要上一個新的臺階做應用，做產業(yè)發(fā)展，其實天津給我們這個平臺，起到了很好的科技招商，產業(yè)聚集作用?；趪彝顿Y建設的超級計算中心，再結合各個部委現(xiàn)在支持建的云計算中心，或者叫數(shù)據(jù)中心，構建一個整體。前面的數(shù)據(jù)中心和云計算中心承擔數(shù)據(jù)的搜集和用戶的服務，數(shù)據(jù)的挖掘和分析是基于超級計算中心，這么一個模式和這么一個整體來講，可以形成一個很好的生產力，要形成一個真正的生產力，不是停留在一個凈資產上，只是做HPC大家去算一算。我跟很多參觀的人講，天河一號A能干什么呢，通常的講是“算天算地算人”，把這三件事，三個“算”做成之后，才是真正國家關心的生產力，不是一個金字塔上大家看到的世界靠前。我們現(xiàn)在跟有很強優(yōu)勢的國外的公司、單位合作，目的就是實現(xiàn)強強結合，充分利用國外的技術優(yōu)勢，利用我們自己的優(yōu)勢，實現(xiàn)強強結合，達到雙贏，最終的目的當然是推動我們國家向新的生產方式轉變，推進濱海新區(qū)，開發(fā)區(qū)來講，實際上是生產方式轉變，新的增長點一個很關鍵的問題。
接下來是NVIDIA公司PSG全球副總裁Shanker Trivedi先生回答部分的內容：
媒體：近年來在HPC應用方面，NVIDIA的比例越來越大，現(xiàn)在全世界500強的計算機大概有1/10之多用了NVIDIA的加速卡，未來NVIDIA在這方面有什么計劃？
NVIDIA®（英偉達?）公司PSG全球副總裁Shanker Trivedi先生：天河一號A向全世界證明了異構超級計算是一個非常好的科學計算，超級計算中心發(fā)展的方向。接下來全世界超算中心，紛紛采用了GPU加速并行計算這樣的體系結構，像美國的高性能超算中心、德國的超算中心，都是在他們國家或者是地區(qū)最大的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都紛紛的采用了GPU加速并行計算，而傳統(tǒng)的超級計算CPU只貢獻了整個高性能計算的10%左右，甚至還要更小，但是GPU貢獻了大部分，甚至是80%，90%，很多很多都是計算性能是從GPU貢獻出來的。對于未來更重要的，我們在硬件體系結構上的發(fā)展，都做了非常多預先的研究。
更重要的是，我們現(xiàn)在有300個以上應用軟件。大量的應用軟件，解決科學問題的工具已經(jīng)可以在CPU+GPU這樣的異構體系上運行。未來高性能加速計算的方向，已經(jīng)是一個超算的新紀元，我們可以看到，這是大家公認的，被科學界，被學術界，被產業(yè)界廣泛采用的一個體系結構。
關于未來，我留了最后一點，剛才談了第一點性能，我們的性能非常好，第二關于應用軟件，我們很多。最后一點非常非常重要，為什么大家被逼得沒辦法走這條路，因為摩爾定律要把計算機每十年漲一千倍，現(xiàn)在漲一千倍不是玩笑，但是同時電力消耗非常非常大，現(xiàn)在我們可以用新的異構計算加速的方式，為未來大大的節(jié)省超算中心構建的成本，同時節(jié)省功耗，降低能源功耗，節(jié)省費用。
媒體：我是有一個關于應用方面的問題想請教一下兩位，剛才NVIDIA的領導也提到了，未來會把基于Kepler方面的應用推到成千上萬個應用，同時今天也成立了這樣一個聯(lián)合的實驗室，我覺得未來如何推動異構的編程可能是未來應用很重要的點，我想請教一下兩位，在NVIDIA方面，我們在推動異構編程方面未來重點的方向是什么。在劉主任這方面，給我們大家分享一些關于異構編程和應用這方面的經(jīng)驗。
NVIDIA®（英偉達?）公司PSG全球副總裁Shanker Trivedi先生：
一般是三種方法來做這種異構上的編程：第一類談到應用，存在了很多年的，甚至幾十年的應用，對于這樣一類應用，我們建議采用一種直接編程的方法，編程的標準在OpenACC。OpenACC是一個國際標準，這是開放的，很多人都可以采用的標準的編譯的方法，這種方法可以使得傳統(tǒng)的，存在這么久的軟件可以最小的改動，因為寫這個程序的人有可能都不在了，他可以以最快的方法編到GPU和CPU上，異構的平臺上進行計算，同時加速。舉一個例子，在美國的能源實驗室里，他們有一個很大的應用，這個軟件應用叫S3D，類似像核聚變這樣的應用，這個程序有100萬行的程序，只改了400行，只改了非常非常小的程序量，大約只有萬分之四，通過編譯器編譯，得到了六倍速度的提升。
第二種方法，這些新的應用，我們建議用CUDA GPU并行編程的方法，這個架構模型我們可能大家都熟悉，CUDA可能大家都熟悉，實際上就是把傳統(tǒng)的C語言，類似其他的高性能通用編程語言進行一點點擴展，只是稍微做了一些語法方法的擴展，大家寫程序的方法不變，這樣重新寫出來的程序效率可以大大的提升，可以在這個程序上跑。什么樣的程序多了呢？像信號處理，圖象處理，還有一些科技計算，用這樣的方法來提升計算的效率。
最后一種方法，用一些很多科研機構庫函數(shù)的方法，NVIDIA提供了很多系統(tǒng)級的庫函數(shù)，還有很多是大學、科研機構，還有網(wǎng)上做了很到的庫函數(shù)。舉一個例子，一些很傳統(tǒng)的中間件，你調他的庫函數(shù)的話，用這樣的方法來提升，他們那些函數(shù)已經(jīng)是GPU上的，寫程序的人并不用關心他們是怎么實現(xiàn)的，只是調用這些名稱和函數(shù)來做就好了。
所以總結一下，就是用三種方法，對于長期存在已有的程序，我們推薦用OpenACC，但是對于新程序，或者對性能有追求，一定要求特別高性能的可以用CUDA來進行改寫，對于其他一些傳統(tǒng)的，比較規(guī)范的程序，調用大量函數(shù)的，可以用調用庫函數(shù)的方法來做。
通過NVIDA先進的GPU計算技術，如今的超級計算機邁入新時代，在推動人類社會進步上做出了巨大貢獻。對于天河1A來說，它的建立不僅僅是打造我國超算的標志性產品，更是將設備投入到實際應用之中去，成功完成多個計算任務，創(chuàng)造了商業(yè)價值。考慮到能耗成本，這在過去單純采取CPU為主要處理器的計算設備中是難以想象的。而借助NVIDIA高性能圖形計算加速芯片，天河1A完成了這樣的奇跡：實現(xiàn)盈利，自給自足。
天河1號A超級計算機不僅是中國的驕傲：它是中國自主研發(fā)超級計算機系統(tǒng)的成功案例，證明了我國超算的技術實力，震驚世界，并且成功登上了性能世界靠前超級計算機的王座。天河1A更是世界的驕傲，它開創(chuàng)了GPU加速計算的先河，為全球超級計算機機構立下了榜樣，讓超級計算機從此進入到一個全新紀元?！?
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