超級計算機全部核心部件國產(chǎn)化如何用好“中國芯”

　　6月20日，在德國法蘭克福舉行的國際超算大會(huì )上，發(fā)布了超級計算機TOP500榜單，“神威·太湖之光”以近3倍于第二名的運算速度摘得桂冠。

　　速度到底有多快?如果把200多萬(wàn)臺最新款的普通電腦加起來(lái)，計算能力只能跟它打個(gè)平手;其1分鐘的計算能力，相當于全球70多億人同時(shí)用計算器不間斷計算32年。

　　值得關(guān)注的是，這臺來(lái)自江蘇無(wú)錫濱湖區國家超級計算無(wú)錫中心的“神威·太湖之光”計算機系統，實(shí)現了包括處理器在內的全部核心部件的國產(chǎn)化。

　　超級計算機不僅要跑得出速度，還要“用得起來(lái)”。設立于1987年的戈登貝爾獎，被喻為計算機高性能應用領(lǐng)域的諾貝爾獎，設立近30年以來(lái)，中國團隊從未入圍。然而此次，基于“神威·太湖之光”的3個(gè)科研項目全部入圍該獎項。

　　突破封鎖的“中國芯”

　　“以后再也不用擔心被封鎖了?！眹页売嬎銦o(wú)錫中心副主任黃建國說(shuō)，“從個(gè)人電腦到超級計算機，對國內的科學(xué)家來(lái)說(shuō)，最大的痛點(diǎn)是電腦芯片基本依賴(lài)出口，我們一直不掌握主動(dòng)權?！?015年4月，美國政府宣布把與超級計算機相關(guān)的4家中國機構，列入限制出口名單，目的是要限制中國超級計算機的發(fā)展。

　　黃建國說(shuō)，國內的“天河二號”超級計算機，連續3年世界第一，但去年準備采購新一代處理器時(shí)就卡住了，最后導致未如期完成攻關(guān)目標。

　　早在2011年，國內就有采用國產(chǎn)處理器的超級計算機，只是那時(shí)候的速度只能達到千萬(wàn)億次，全球排名第14位。當時(shí)，國內更多關(guān)注的是速度全球第一的超級計算機，這個(gè)國產(chǎn)處理器鮮有國人知曉，反而在國外備受關(guān)注，自主處理器、高密度組裝技術(shù)、水冷系統等成為關(guān)注焦點(diǎn)。

　　目前，“申威26010芯片”已經(jīng)是第三代國產(chǎn)處理器，該處理器由國家工信部核高基計劃支持，國家高性能集成電路設計中心研制?！拔覀兤綍r(shí)使用的普通電腦芯片是‘多核’，這個(gè)芯片采用‘眾核體系結構’。這個(gè)銀白色的芯片，里面集成了260個(gè)運算核心，數十億晶體管，達到了每秒3萬(wàn)多億次的計算能力?！秉S建國說(shuō)。

　　關(guān)鍵指標均居世界第一

　　2015年12月，在國家“863計劃”支持下，科技部、江蘇省和無(wú)錫市共同出資17.95億元，國家并行計算機工程技術(shù)研究中心研制成功“神威·太湖之光”，它使用了40960個(gè)芯片。

　　“太湖之光”所在的機房，除了空調聲，沒(méi)有其他任何噪音，這是全球首臺運行速度超過(guò)10億億次/秒的超級計算機，峰值性能高達12.5億億次/秒，持續性能達到9.3億億次/秒，接近“天河二號”的3倍，關(guān)鍵指標均居世界第一。

　　“每個(gè)‘核’都是計算單元，它們是團隊作戰，不再是單兵作戰?！秉S建國解釋?zhuān)屒f(wàn)個(gè)“核”協(xié)同作戰，發(fā)揮效果，這是這個(gè)計算機的最大特點(diǎn)。

　　一名參與研制的專(zhuān)家介紹，一臺超級計算機的能耗幾乎可以與一個(gè)小型城鎮相當，功耗是計算機提高速度的瓶頸。這臺超級計算機的系統能效比高達每瓦特60.5億次，比“天河二號”節能60%以上。

　　計算機系統還采用了高效水冷技術(shù)、高密度的組裝工藝等，芯片內部的低功耗設計和機箱內電線(xiàn)的長(cháng)度都是為了減少耗能。

　　“最大的短板是應用”

　　“有了這套計算機系統，我們可以在30天內完成未來(lái)100年的地球氣候模擬，這在之前是無(wú)法想象的?！鼻迦A大學(xué)副教授薛巍說(shuō)。

　　目前，國家超級計算無(wú)錫中心與北京大學(xué)、中科院軟件所、中船重工702所、遠景能源、清華大學(xué)、國家計算流體力學(xué)實(shí)驗室等國內30多家用戶(hù)單位建立應用合作關(guān)系，領(lǐng)域集中在航空航天、石油勘探、車(chē)船設計、動(dòng)漫制作、新藥研發(fā)、生物信息、氣候模擬等方面。

　　黃建國介紹，國內有超級計算機連續3年成為世界最快計算機，但在應用上做得不夠?！坝嬎銠C硬件上沒(méi)問(wèn)題，最大的短板是應用”。

　　國家超級計算無(wú)錫中心應用支持工程師劉釗說(shuō)，超級計算機的配套應用早在1年前就已開(kāi)始。

　　氣象預報是超級計算機最主要的用途之一。北京師范大學(xué)全球變化與地球系統科學(xué)研究院教授王蘭寧說(shuō)：“下不下雨關(guān)鍵看云層運動(dòng)，有了超級計算機后，就可對云層運動(dòng)進(jìn)行精確模擬與觀(guān)測了?！?/p>

　　多年來(lái)，天氣預報的觀(guān)測精度也跟隨超級計算機改變。2011年，天津“天河一號”觀(guān)測精度為10萬(wàn)公里，“神威藍光”實(shí)現1萬(wàn)公里精度，而“神威·太湖之光”把精度縮到9公里，如今正向著(zhù)3公里精度邁進(jìn)。王蘭寧說(shuō)，未來(lái)有了更快的超算能力支撐，天氣預報就可以萬(wàn)無(wú)一失了。

　　作為“全球大氣非靜力云分辨模擬”團隊成員之一，王蘭寧參與的項目入圍了戈登貝爾獎。國內一名長(cháng)期關(guān)注超級計算機的專(zhuān)家介紹，通過(guò)近10年努力，我國軟件應用領(lǐng)域已從少數重點(diǎn)領(lǐng)域拓展到各行各業(yè)，但是領(lǐng)域軟件規模龐大、開(kāi)發(fā)周期長(cháng)、成本高、難度大。發(fā)展高效成熟的國產(chǎn)并行應用軟件，需要相關(guān)專(zhuān)家、超級計算機系統制造方和軟件人員的共同努力，才能研制好用、實(shí)用、管用的高性能計算機系統，全力配合用戶(hù)開(kāi)發(fā)高效能應用軟件。

　　在今年的戈登貝爾獎6個(gè)提名中，基于“神威·太湖之光”的應用就占了3個(gè)，分別涉及大氣、海洋、材料3個(gè)領(lǐng)域，這是我國首次在此獎項中獲得提名。