“天河二号”超级计算机
——设计不仅仅是造型
一、背景材料
2013年6月17日，在德国莱比锡开幕的2013年国际超级计算机大会上，中国国防科技大学研制的天河二号超级计算机以持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算的优异性能夺得头筹，成为全球最快的超级计算机，是第二名美国的“泰坦”超级计算机运算速度的2倍，也是继“天河一号”之后，中国超级计算机再次夺冠。目前，“天河二号”已部署在中国广州国家超级计算机中心。
“天河二号”超级计算机由170个机柜组成，占地面积720平方米，峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次内存总容量1400万亿字节，储存总容量12400万亿字节，最大运行功耗17.8兆瓦。打个形象的近似比喻，天河二号运算1小时，相当于13亿
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人同时用计算器计算一千年，其存储总容量相当于可存储每册10万字的图书600亿册。“天河二号”超级计算机系统融入了诸多先进的设计理念和科技特性，实现了高性能、高密度、可伸缩、按需配置、快速部署等设计亮点。
“天河二号”超级计算机荣获2013中国设计红星奖。 二、案例故事
“天河二号”超级计算机的项目代号为T1203，是国家“863”项目（国家高技术研究发展计划），整机系统由国防科技大学联合灏域科技有限公司共同开发。国防科大在高端服务器在技术上经过多年发展研究，已经可以达到国际先进水平，但要抢占市场，还需要在关键工程技术和设计附加价值方面加大研究开发投入，而灏域科技有限公司具有国家高新科技企业资质，配有完善的整机工程科技团队，有着丰富的技术与设计整合经验，业务范围覆盖整机系统设计、工业设计、用户体验设计等多种专业领域，尤其是对复杂的系统工程类的项目进行要素剖析重构，达到产品开发最优化设计和最优化管理的目标。因此，国防科技大学和灏域科技有限公司的强强联手，为“天河二号”超级计算机之后的成功研发奠定了坚实的团队基础。
在项目执行前期，双方首先确立了项目范围基线和项目领导小组，小组打破了企业和部门界限，由包括工业设计师、硬件经理、系统工程师、软件工程师、结构工程师、热设计
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工程师、配电工程师、采购工程师等在内的8位专家构成。
在前期大量的调研基础上，经过短短3周紧密的方案研讨，做出了开发新一代“天河”构架系统的重大决策：将新系统的立项定位于“CPU（中央处理器）+GPU（图形处理器）异构融合技术”，此举开创了国际超级计算机体系整机构架的先河。
“天河二号”超级计算机所用系统平台是我国自主研制的申威系列处理器，通过信号集连技术并行运算，实现了高速信号传输和多核集中运算的功能。系统由14000个CPU和GPU组成，针对内部模块密度大、尺度大、重量重的问题，模块采用分体平移对接设计，创新地解决了业界普遍面临的装配难题。
“天河二号”超级计算机创新性地采用“多阵列可配置协同并行体系结构”技术将这套庞大的矩阵系统整合在一起。然而，并行架构同时也带来了“散热难”的问题，为了解决这个问题，研发人员可谓煞费苦心。首先，需要一个庞大的密闭空间，将超级计算机系统庞大系统分割成数十个单元，然后采用风冷和液冷结合的方式，基于串行架构来设计风道，将整机系统进行封闭制冷，制冷方式由传统的机房制冷改为局部空间水循环制冷，这样使得散热效率提高了近10倍。
“天河二号”超级计算机的系统通过动态重构技术，根据用户资源需要和系统工作状态，可动态调整系统资源配置，
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调节结点功耗状态和CPU、GPU以及内存的工作频率。这项一体化能耗控制技术，大幅降低了系统综合能耗。
“天河二号”超级计算机有五大特点：一是高性能，峰值速度和持续速度都创造了新的世界纪录。二是低能耗，能效比为每瓦特19亿次，达到了世界先进水平。三是应用广，主打科学工程计算，兼顾了云计算。四是易使用，创新发展了异构融合体系结构，提高了软件兼容性和易编程性。五是性价比高。
“天河二号”超级计算机的成功不仅为灏域科技有限公司这家设计企业的发展具有重要意义，同时也标志着工业设计领域企业的业务正在向高技术含量的领域迅速延伸。项目使灏域科技拥有整机工程技术开发相关专利和开发管理方法知识产权和多项新技术专利。
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