6月19日，在德國法蘭克福舉行的全球超級計算大會(huì )公布新一期全球超級計算機500強榜單中，由國家并行計算機工程技術(shù)研究中心使用中國自主芯片研制的“神威·太湖之光”第三次出現在全球超算500強榜單（第四十九期）榜首的位置，實(shí)現三連冠。
同時(shí)，“神威·太湖之光”的兩項應用成果也進(jìn)入“戈登·貝爾獎”的提名。
一分鐘計算能力相當于72億人同時(shí)用計算器不間斷計算32年
走進(jìn)國家超級計算無(wú)錫中心，1000平方米的房間內，記者看到了“神威·太湖之光”的“真身”：由40個(gè)運算機柜和8個(gè)網(wǎng)絡(luò )機柜組成。每個(gè)運算機柜比家用的雙門(mén)冰箱略大，打開(kāi)柜門(mén)，4組由32塊運算插件組成的超節點(diǎn)分布其中。工作人員介紹，每個(gè)插件由4個(gè)運算節點(diǎn)板組成，一個(gè)運算節點(diǎn)板又含2塊“申威26010”高性能處理器。一臺機柜就有1024塊處理器，整臺“神威·太湖之光”共有40960塊處理器。
那么，“神威·太湖之光”到底有多強？據介紹，其系統峰值性能為每秒12.5億億次，持續性能為每秒9.3億億次，性能功耗比為每瓦特60.5億次，均居世界第一。
光看數據不直接，國家超級計算無(wú)錫中心主任楊廣文介紹，“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這套系統1分鐘的計算能力，相當于全球72億人同時(shí)用計算器不間斷計算32年；如果用2016年生產(chǎn)的主流筆記本電腦或個(gè)人臺式機作參照，‘神威·太湖之光’相當于200多萬(wàn)臺普通電腦。”
楊廣文介紹，“神威·太湖之光”是世界首臺峰值運算速度超過(guò)10億億次、并行規模超千萬(wàn)核的劃時(shí)代的新型超級計算機。整機采用高密度運算超節點(diǎn)和高流量可擴展復合網(wǎng)絡(luò )架構，實(shí)現全系統高效可擴展與并行運行；采用層次包容、分級自治的軟硬協(xié)同容錯體系，實(shí)現整機系統的高可用；通過(guò)面向典型應用和機器結構的編譯優(yōu)化、自適應精細平衡調度等技術(shù)，實(shí)現應用軟件的高效運行。
首次完全使用“中國芯”，集運算控制核心與運算核心于一身
更讓楊廣文驕傲的是，這個(gè)世界第一的超級計算機采用的中央處理器，是自主設計生產(chǎn)的國產(chǎn)芯片——“申威26010”眾核處理器。
中科院計算所研究員、并行計算專(zhuān)家張云泉表示，“神威·太湖之光”是首次完全用“中國芯”制造的中國最強大的超級計算機。在第一次獲得冠軍時(shí)，國際TOP500組織是這樣評價(jià)“神威·太湖之光”的：“中國在國際TOP500組織第四十七期榜單上保持第一名的位置，憑借的是一個(gè)完全基于中國設計、制造的處理器而打造的新系統。”
楊廣文介紹，這是一款具有獨特性的處理器，它采用了片上融合的異構眾核體系結構，以及具有自主知識產(chǎn)權的指令集和完整的配套軟件生態(tài)系統。這種獨特的體系結構在25平方厘米的方寸之間集成了260個(gè)運算核心、數十億晶體管，達到了每秒3萬(wàn)億次計算能力。
為何這個(gè)芯片具有如此強大的性能？楊廣文說(shuō)，具體說(shuō)來(lái)，圖形處理等芯片過(guò)去都是采用插卡的形式，這樣的芯片設計會(huì )造成幾個(gè)問(wèn)題：第一，組裝規模大，費電。第二，PCE作為通信接口，造成瓶頸。而這個(gè)芯片把運算控制核心與運算核心做在一個(gè)芯片內，這樣就把這兩個(gè)問(wèn)題都解決了。“在國際上，現在英特爾可能也正在推出類(lèi)似芯片，這一點(diǎn)我們走在前面。”
除了芯片，作為一個(gè)超算系統，“神威·太湖之光”在體系結構、高速互聯(lián)、系統軟件等關(guān)鍵技術(shù)上都實(shí)現了前所未有的創(chuàng )新和突破，帶來(lái)了性能的跨越式發(fā)展。楊廣文說(shuō)，通過(guò)多年的積累，他們已經(jīng)構建了從編譯器、操作系統、開(kāi)發(fā)環(huán)境到應用平臺的較為完善的軟件生態(tài)鏈，并有針對硬件做性能的優(yōu)化，確保性能的發(fā)揮、節能水平的利用。
累計擁有幾百項應用課題，服務(wù)天氣氣候、航天航空等多個(gè)領(lǐng)域
兩項應用成果入圍2017年度“戈登·貝爾獎”提名，2016年的一項應用成果已經(jīng)獲獎，填補我國在這個(gè)被稱(chēng)為高性能計算應用領(lǐng)域的“諾貝爾獎”上的空白，“神威·太湖之光”在應用方面的進(jìn)步令人意想不到。
據楊廣文介紹，按照目前的統計，“神威·太湖之光”一年來(lái)的利用率已經(jīng)超過(guò)50%，累計擁有幾百項應用課題，目前有一些重大項目正在“神威·太湖之光”上進(jìn)行全機調試，比如2016年“戈登·貝爾獎”獲獎應用“全球大氣非靜力云分辨模擬”，還有一些應用目前正在“神威·太湖之光”上一邊進(jìn)行小規模調試，一邊排隊等待更大規模應用的檔期。目前，包括國家氣象局等多個(gè)國家專(zhuān)業(yè)機構與研究院所都在“神威·太湖之光”上開(kāi)展應用研究，并進(jìn)一步與國家超算無(wú)錫中心尋求全面合作。“因此，我們完全不擔心‘神威·太湖之光’跑不滿(mǎn)。”楊廣文說(shuō)，目前最核心的問(wèn)題是如何把它用好，可以多出重量級的成果。此外，需要考慮在擁有大量科研用戶(hù)的同時(shí)，如何能夠培養更多有意愿長(cháng)期合作且需求旺盛的產(chǎn)業(yè)界用戶(hù)。
國家超級計算無(wú)錫中心副主任、清華大學(xué)副教授付昊桓說(shuō)，超級計算在科學(xué)與工程領(lǐng)域應用最早、最廣泛，應用效果最顯著(zhù)，已同理論研究和科學(xué)實(shí)驗一起成為人類(lèi)探索未知世界的三大科學(xué)手段，被稱(chēng)為支撐科學(xué)發(fā)現的第三個(gè)支柱。“神威·太湖之光”對我國科技創(chuàng )新和經(jīng)濟發(fā)展具有十分重要的作用。目前，應用領(lǐng)域涉及天氣氣候、航空航天、先進(jìn)制造、新材料等19個(gè)方面，支持國家重大科技應用、先進(jìn)制造等領(lǐng)域解算任務(wù)幾百項，一年來(lái)共計完成200多萬(wàn)項作業(yè)任務(wù)，平均每天完成近7000項。據付昊桓介紹，“神威·太湖之光”已經(jīng)應用于代表未來(lái)“黑科技”發(fā)展方向的研究領(lǐng)域，比如“人造小太陽(yáng)”，也就是核聚變發(fā)電的相關(guān)理論與實(shí)驗方面的模擬。
記者在國家超算無(wú)錫中心的應用成果展示區看到，中國航空、航天的相關(guān)研究機構目前正與無(wú)錫超算合作進(jìn)行C919大飛機多種飛行狀態(tài)的模擬，以及天宮系列航天飛行器的飛行狀態(tài)模擬。山東的一家公司還在利用“神威·太湖之光”的超強能力進(jìn)行動(dòng)漫制作。據介紹，這樣不僅可以制作出更加逼真的動(dòng)漫渲染效果，而且可以大幅縮短制作周期。“未來(lái)很有可能會(huì )看到依托‘神威·太湖之光’運算能力制作出的國產(chǎn)動(dòng)畫(huà)大片。”楊廣文說(shuō)。
除此之外，國家超算無(wú)錫中心還在考慮如何服務(wù)地方經(jīng)濟發(fā)展。“江蘇是制造業(yè)大省，如何幫助制造業(yè)實(shí)現創(chuàng )新，是我們正在考慮的一個(gè)重要應用方向。”楊廣文說(shuō)，中心希望能更好地支持當地制造業(yè)的發(fā)展，將國家超算無(wú)錫中心建成江蘇省一個(gè)產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng )新中心。他表示，目前，中國制造業(yè)的大部分應用軟件都是國外的商用軟件，在這方面國家超算無(wú)錫中心也在布局，例如已與遠景能源展開(kāi)了格林威治智慧風(fēng)場(chǎng)平臺建設，同時(shí)還在汽車(chē)制造業(yè)、船舶制造、新藥研發(fā)等方面開(kāi)展研究。
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