基于“天河二号”的水产病原生物信息分析平台构建及其在水产病原分析中的应用

作为生命科学的关键组成,生物信息学已被广泛地应用于基因组学、转录组学和蛋白质组学中。然而,生物信息分析平台的构建需要高性能计算机而非普通的个人电脑,从而极大地限制了生物信息学在水产科学中的应用。本研究基于"天河二号"超级计算机,构建了水产病原生物信息分析平台。该平台由基因组与转录组测序数据分析、蛋白质结构预测和分子动力学模拟3个功能模块组成。为了验证该平台的实用性,以水生动物病原微生物为例进行了生物信息学分析。通过Blast检索、GO和Inter Pro注释,鉴定了约氏黄杆菌(Flavobacterium johnsoniae)M168株的功能基因并对其进行了注释。通过同源模建,构建了草鱼呼肠孤病毒(Grass carp reovirus,GCRV)HZ-08的5个小节段的蛋白结构模型。对嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophila)外膜蛋白A进行了分子动力学模拟,并观察了平衡过程中系统温度、总能量、均方根偏差和环区构象的变化。以上结果均显示本研究成功建立了在"天河二号"超级计算机上运行的水产病原生物信息分析平台。此项研究将为其他学科生物信息分析平台的构建提供思路和线索。

基于天河二号超算的网格无关性及并行研究

以CFD商用软件Fluent 15.0为基础,天河二号超级计算机为平台,ZnO-MOCVD腔体为数值模型,对网格无关性及超算中心的并行计算能力进行研究。通过计算7种不同网格数量的ZnO-MOCVD模型的沉积率,确定网格数量为408万时沉积率结果达到网格无关性。根据工程需要选取其中两种模型,设置并分析多种并行组合,得出网格数量为17万和408万的MOCVD腔体模型的最佳处理器核数分别为16和128,最大加速比分别可以达到9和45,验证了该软件在天河二号上并行处理的实用性,结果可为后续大规模计算提供参考。

“天河二号”超级计算机研制成功

2013年6月17日,国际超级计算机大会发布全球最快500台超级计算机排行榜,国防科技大学研制的“天河二号”超级计算机登上榜首。这是中国研制的超级计算机第二次荣获冠军,第一次获此殊荣的是2010年国防科技大学研制的“天河一号”。此后,“天河二号”成为世界上第一台连续六次问鼎这一排行榜的超级计算机。

中国“天河二号”成为全球最快超级计算机

Новыйкитайскийсуперкомпьютерподнаименованием＂Тяньхэ-2＂побилмировойрекордпроизводительности,установивновуюпланкумощности.Производительностьустройствасоставилавходетестированиясистемыпорядка 33,86 квадриллионоввычисленийвсекунду.

天河二号

20世纪80年代,中国花大价钱从国外买了一台超级计算机。可是,买回来的这台超级计算机,仿佛不属于中国:被不透明房子包裹得严严实实,要是在国外技术人员手里。只有几名中国科学家可以进到这个玻璃房里,而且只能运行关于地质勘探的程序,别的什么都不能干。

挽“天河”,奔腾算力雄 国家超算广州中心这十年

10年前,“天河二号”首次荣登世界超级计算机500强榜单榜首,之后正式人驻国家超级计算广州中心。10年间,这颗“最强大脑”立足粤港澳大湾区,全面服务大科学、大工程、新产业和社会民生发展,在多个领域不断催生新型突破性成果。10年后,它迎来了新一代系统“天河星逸”,多项能力实现倍增,全面拥抱人工智能时代。

面向大数据应用挑战的超级计算机设计

在大数据时代,大数据处理给面向高性能计算设计的超级计算机带来计算、存储、通信、编程等软硬件体系结构方面的挑战.对此在分析目前主流学术界和工业界相关研究成果的基础上,介绍了天河二号超级计算机系统针对大数据处理应用所采用的新型异构多态体系结构、自主定制高速互连网络、混合层次式存储系统、混合计算框架等多种优化措施,为大数据时代的超级计算机设计提供有意义的参考.

超级计算系统互连网络带内管理的实现与评测

互连网络是超级计算系统的关键部件,其易管理性将直接影响整个系统的RAS特性(可靠性、可用性和服务性)."天河二号"超级计算系统采用了定制的高速互连网络,该网络由大约5856块网络交换芯片NRC和18 304块网络接口芯片NIC构成,其互连规模极其巨大.为了实现对系统内众多网络芯片及其端口的高效率配置和监控等管理操作,该互连网络采用了基于带内的网络管理技术.该文描述了带内网络管理的设计与实现,具体包括网络管理功能、网络管理总体结构、带内管理描述符格式与报文处理流程、管理软件的总体框架等.基于部署在国家超级计算广州中心的实际系统,该文对"天河二号"互连网络带内的管理进行了测试,测试结果证明了带内管理的高效性.

Halton序列并行加速与优化

Halton序列内部算法相关性复杂,生成大数量级的Halton序列耗时巨大,不利于实时性研究。针对该状况,提出在"天河二号"超算平台下的Halton序列并行加速方案,利用OpenMP实现多线程并行,在此基础上优化Halton序列生成过程,减少空间存储度以及并行通讯开销,提高生成速率。实验结果表明,通过"天河二号"超算平台上多线程并行加速,加速倍数可达22.2842倍。

基于HPC环境的深度学习并行优化

深度学习已被广泛应用于各领域,尤其是大数据分析,然而深度学习所需的计算越来越复杂,规模也越来越大。为了加速大规模深度学习的训练,学术界已经提出了各种分布式并行训练协议。设计了一种新的异步训练协议——加权异步并行协议(WASP),以更有效的方式更新神经网络参数。WASP的核心是对"陈旧梯度"的处理,即基于参数版本号来衡量梯度陈旧性并减少陈旧梯度对参数的影响。此外,通过周期性强制同步模型参数,WASP结合了同步和异步并行协议的优点,可以快速收敛并提高模型训练速度。我们在天河二号超级计算机上使用两个经典卷积神经网络LeNet-5和ResNet-101进行实验,结果表明,WASP可以比现有异步并行训练协议取得更高的加速比、更稳定的收敛。

基于NKS算法的室内通风流场直接数值模拟研究

为精确模拟室内通风流场,研究了一种基于Newton-Krylov-Schwarz(NKS)并行算法的室内通风流场直接数值模拟方法,该方法首先通过有限元算法对流体控制方程在空间上进行离散,再使用全隐格式在时间上进行离散,最后使用NKS算法求解离散所得代数系统进行室内通风流场数值模拟。在天河二号超级计算机上进行数值模拟实验,并与CFX系统模拟结果进行对比。实验证明,采用的方法数值模拟结果更准确。此外,并行效率测试结果显示,当使用2048个处理器求解网格单元超两千万的大规模问题时,仍然具有超过75%的并行效率,说明NKS算法具有高可扩展性,适合大规模问题的模拟。

中国2020 HPC TOP100“探花”的独白:超级云计算未来可期

如果说神威太湖之光、天河二号代表着尖端超算的顶级水平,那么北京超级云计算中心则占领了通用CPU算力市场第一名。这一突破性的成绩对北京超级云计算中心及整个行业而言都具有里程碑式的重要意义。提到高性能计算,中国的神威太湖之光、天河二号在全球范围内都鼎鼎大名。在2020年11月公布的"2020中国高性能计算机性能排行榜TOP100"(以下简称"HPC TOP100")中,神威太湖之光、天河二号不出意外地占据排行榜头两把交椅,这回的“探花”则多少让人感觉有些出乎意料之外,然而更多的又是喜出望外。

超算“女神”卢宇彤:让中国常立于世界超算巅峰

五代银河,两代天河,她传承着中国科学家的坚毅精神,带领国内的超算技术跻身世界一流行列;六次雄踞榜首,两度蝉联亚军,“天河二号”的累累硕果,离不开她和研究团队日日夜夜的辛劳耕耘。她,就是卢宇彤,温文尔雅的女科学家,“天河二号”的副总设计师,国家超级计算广州中心主任。2022年3月7日,十位全国三八红旗手标兵揭晓,57岁的卢宇彤榜上有名。

新一期全球超算500强榜单:中国上榜数继续位列第一

6月22日,新一期全球超级计算机500强榜单揭晓,日本超级计算机“富岳”(Fugaku)成为冠军。美国能源部下属橡树岭国家实验室开发的“顶点”(Summit)从上期榜单的榜首降至第二位。美国能源部下属劳伦斯利弗莫尔国家实验室开发的“山脊”(Sierra)、中国超算“神威·太湖之光”和“天河二号”分列三四五位。

为“天河”而骄傲

在庆祝新中国成立70周年阅兵式的彩车大游行中,细心的同学们会发现,天津市、广东省、湖南省的彩车在显著的位置上都有"天河"二字。这是指以"天河"超级计算机为主体建成的三个国家级超级计算中心。"天河"超级计算机惊人的运算能力在很多领域都做出了重大贡献。"天河一号"超级计算机在2010年成功登上世界超级计算机排名的冠军宝座,这是我们第一次走上世界超级计算机的最高领奖台。"天河二号"超级计算机自2013年问世后,更是连续六次蝉联世界超级计算机排名的冠军。

E级计算之远景

超级计算机在当今科技发展中占有举足轻重的地位。在向着E级计算时代迈进之时,精确衡量超算的性能是一个事关超算架构和应用的关键问题。评价一台超算采用不同的基准会产生不同的结果。本文介绍超算中主要的3种排名及其对应的评测基准,并分析了超算本身的发展及应用远景。

量子货币：一种学术假想

本文认为,量子计算是否让区块链和数字货币失去了发展意义,短期内并无定论。但随着技术的发展,货币形态以及货币技术必然也会发生相应的改变。在未来的量子时代,量子货币或将登上历史舞台。本文剖析了量子货币的概念、缘起、逻辑和基本原理,指出量子货币的核心问题及研究方向。虽然量子货币理论还存在瑕疵,但值得我们关注与探索。近几年来,量子计算发展迅速。前不久,谷歌宣布实现量子霸权,我国“天河二号”超级计算机计算出量子霸权标准。

卢宇彤:让中国常立于世界“超算”巅峰

五代“银河”,两代“天河”,她凭借中国科学家的坚毅精神,带领国内的“超算”技术跻身世界一流;她六次雄踞榜首,两度蝉联亚军,“天河二号”的累累硕果,离不开她和研究团队的辛勤耕耘。她,就是卢宇彤,温文尔雅的女科学家、“天河二号”的副总设计师、国家超级计算广州中心主任。2022年3月,卢宇彤荣获“全国三八红旗手标兵”称号。

卢宇彤:让中国常立于世界“超算”巅峰

五代“银河”,两代“天河”,她凭借中国科学家的坚毅精神,带领国内的“超算”技术身世界一流;她六次雄踞榜首,两度蝉联亚军,“天河二号”的累累硕果,离不开她和研究团队的辛勤耕耘。她,就是卢宇彤,温文尔雅的女科学家、“天河二号”的副总设计师、国家超级计算广州中心主任。2022年3月,卢宇彤荣获“全国三八红旗手标兵”称号。

超级计算机到底“超”在哪

2016年6月,中国的超级计算机"神威·太湖之光"超越了同是中国制造的超级计算机"天河二号",荣登世界超级计算机榜榜首。在2018年6月美国"顶点"(Summit)出现之前,中国已在世界超级计算机榜上连续登顶5年。事实上,中国除了在最快运算速度榜上是登顶常客,在上超级计算机Top500榜的数量上(226台超级计算机上榜),也一直独占鳌头,几乎是位列第二的美国(114台)的两倍。