1.2.2　大型计算机

1.计算机集群技术

大型计算机主要用于科学计算、军事、通信、金融等大型计算项目等。在超级计算机设计领域，目前主流设计思想是采用计算机集群结构（占超级计算机的90％以上）。

计算机集群（Cluster）技术是将多台（几台到上万台）独立的计算机（大多为PC服务器），通过高速网络组成一个机群，并以单一系统模式进行管理，使多台计算机像一台超级计算机那样统一管理和并行计算。集群中运行的计算机并不一定是高档计算机，但集群系统却可以提供高性能的不停机服务。集群中每台计算机都承担部分计算任务，因此整个系统的计算能力非常高。同时，集群系统具有很好的容错功能，当集群中某台计算机出现故障时，系统可将这台计算机进行隔离，并通过各台计算机之间的负载转移机制，实现新的负载均衡，同时向系统管理员发出故障报警信号。

计算机集群一般采用专用操作系统（90％的计算机集群采用Linux）和集群软件实现并行计算。计算机集群系统的价格只有专用大型计算机的几十分之一。计算机集群具有可增长特性，也就是可以不断向集群中加入新的计算机。计算机集群提高了系统的稳定性和数据处理能力，绝大部分超级计算机都采用集群技术。少部分大型计算机采用专用的系统结构。

2.超级计算机系统

2012年6月，美国IBM公司生产的“红杉”（Sequoia）超级计算机集群荣获世界最快计算机桂冠。“红杉”超级计算机占地约318m2，在96个机柜中集合了大约160万个处理器和超过1.6TB的内存。“红杉”的持续测试达到了16324万亿次/s运算，峰值运算速度高达20132万亿次/s运算。“红杉”的运算能力相当于200万台采用Intel双核处理器笔记本式计算机的运算量。“红杉”运行1h的数据量，需要全世界人用计算器算上320年。“红杉”主要用来进行模拟核试验，避免进行地下核试验。它目前安装在美国能源部所属的劳伦斯利福摩尔国家实验室。

图1-14所示为我国国防科技大学研制的“天河二号”（Tianhe-2）超级计算机，2013年6月排名世界500强计算机第1名（天河一号计算机曾经在2010年世界排名第1）。天河二号的峰值计算速度为每秒54902.4TFLOPS（万亿次浮点运算），持续计算速度为每秒33862.7TFLOPS。天河二号造价达1亿美元，整个系统占地面积达720m2，整机功率为17.6MW。

图1-14　“天河二号”超级计算机

天河二号共有16000个计算结点，安装在125个机柜内；每个机柜容纳4个机框，每个机框容纳16块主板，每个主板有2个计算结点；每个计算结点配备2颗Xeon E5 12核心的中央处理器，3个Xeon Phi 57核心的协处理器（运算加速卡）。累计32000颗Xeon E5主处理器和48000个Xeon Phi协处理器，共312万个计算核心。

天河二号的每个计算结点有64GB主存，每个协处理器板载8GB内存，因此每个计算结点共有88GB内存，整体内存总计为1375TB。硬盘阵列容量为12.4PB。天河二号使用光电混合传输技术，由13个大型路由器通过576个连接端口与各个计算结点互连。天河二号采用麒麟操作系统（基于Linux）。