“天河壹號”采用CPU和GPU相結合的異構融合計算體系結構，硬件系統主要由計算處理系統、互連通信系統、輸入輸出系統、監控診斷系統與基礎架構系統組成，軟件系統主要由操作系統、編譯系統、並行程序開發環境與科學計算可視化系統組成。總體技術指標如下：
（1）峰值速度4700TFlops，持續速度2566TFlops（LINPACK實測值），內存總容量262TB，存儲總容量2PB。
（2）計算處理系統：包含7168個計算結點和1024個服務結點。每個計算結點包含2路英特爾CPU和壹路英偉達GPU，每個服務結點包含2路飛騰CPU。全系統***計23552個微處理器，其中英特爾至強X5670 CPU（2.93GHz、6核）14336個、飛騰－1000 CPU（1.0GHz、8核）2048個、英偉達M2050 GPU（1.15GHz、14核/448個CUDA核）7168個，CPU核***計102400個，GPU核***計100352個。
（3）互連通信系統：采用自主設計的高階路由芯片NRC和高速網絡接口芯片NIC，實現光電混合的胖樹結構高階路由網絡，鏈路雙向帶寬160Gbps，延遲1.57us。
（4）輸入輸出系統：采用Lustre全局分布***享並行I/O結構，6個元數據管理結點，128個對象存儲結點，總容量2PB。
（5）監控診斷系統：采用分布式集中管理結構，實現系統實時安全監測、控制和調試診斷。
（6）基礎架構系統：采用高密度雙面對插組裝結構，冷凍水空調密閉風冷散熱。環境溫度10℃～35℃，濕度10%～90%。
（7）操作系統：64位麒麟Linux，面向高性能並行計算優化，支持能耗管理、高性能虛擬計算域等，可廣泛支持第三方應用軟件。
（8）編譯系統：支持C、C++、Fortran77/90/95、Java語言，支持OpenMP、MPI並行編程，支持異構協同編程框架，高效發揮CPU和GPU的協同計算能力。