天河二號的型号为TH-IVB-FEP，使用中央处理器神威太湖之光及协处理器天河二號的運算架構佈局：[8][2][9][10]
天河二號共有16,000個運算節點，每節點配備兩顆Xeon E5 12核心的中央处理器、三个Xeon Phi 57核心的协处理器（运算加速卡）。累计32,000颗Xeon E5主处理器和48,000个Xeon Phi协处理器，共312万个计算核心。
處理器
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中央處理器为英特爾提供的，運作時脈為2.2GHz的Xeon E5-2692v2 12核心處理器，基於英特爾Ivy Bridge微架構（Ivy Bridge-EX核心），採用22纳米製程，峰值效能0.2112TFLOPS。
運算加速使用基於英特尔集成众核架构的Xeon Phi 31S1P協處理器，运行時鐘頻率为1.1GHz，擁有57個x86核心（實際上擁有61个核心，因啟用全部核心時會存在运算周期协调衝突之问题，因此先遮蔽4個x86核心），每個x86核心藉由特殊的超執行緒技術能運作4个线程，产生峰值效能為1.003TFLOPS。
基于美国商务部限制中国的超算购买使用Xeon Phi的考虑，2017年开始使用自主研发的Matrix-2000代替Xeon Phi作为協處理器的升级计划。[11][12][13]
存儲器
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内存
每个节点拥有64GiB主存，而每个Xeon Phi协处理器板载8GiB内存，故每节点共88GiB内存，整体总计内存1,375TiB (1.34PiB)。
外存
12.4PiB容量的硬碟陣列
主板、机架、机柜、運算陣列
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主板、機架与機櫃均由浪潮集團製造，共有170个机柜，每个机柜容纳4个机框，每个机框容纳16块主板，每个主板设置有两个计算节点。每個機櫃還裝有負載指示燈，根據機櫃內主機的運算負載變更發光二極管的發光顏色。[14]
各運算陣列中，每块主板上分为APU模組和CPM模組兩部分，APU部分承載5塊Xeon Phi，CPM部分承載1塊Xeon Phi+4顆Xeon E5。
APU模組和CPM模組之間以CPU內部提供的PCI-E 3.0 16x介面進行連接，但實際由於Xeon Phi的硬體限制，僅支援至PCI-E 2.0 16x，单通道資料傳輸速率為10Gbps。
前端处理器
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计算节点前端处理器为4096颗中國國防科技大學研發的FT-1500 16核心SPARC V9架構的處理器，40奈米製程，運作時脈1.8GHz，熱設計功耗65瓦，峰值效能144GFLOPS。主要作運算任務排程管理之用。
连接性
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其高速互聯架構使用光電混合傳輸技術（Optoelectronics Hybrid Transport Technology），以及自製的TH Express-2樹形主幹拓撲結構網路連線，以13個大型路由器通過576個連接埠以光電傳輸介質與各個運算節點互聯，控制器名為NRC，使用90奈米製程，單個控制器的資料吞吐量2.56Tbps，終端網路介面使用名為NIC的控制器，以PCI-E 2.0介面連結，資料傳送速率6.36GB/s。
能耗
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整機功耗17.808兆瓦，在搭載水冷散熱系統以後，功耗將達到24兆瓦，無論水冷系統的搭載與否，都是目前TOP500裡功耗最大的。尚未全速運行時一年的用電費用就高達1億元人民幣，全速運行的話更高達1.5億元。[15]
電源管理附帶综合化能耗控制技术，也由國防科技大學負責開發。
以6月17日公佈的數據推算，每瓦效能為1.901GFLOPS，仍不及泰坦的每瓦2.143GFLOPS和IBM紅杉每瓦2.177GFLOPS的成績，但比「京」的每瓦0.830GFLOPS每和天河一號每瓦僅0.668GFLOPS都要高不少。