6月19日,在德國(guó)法蘭克福舉行的全球超級(jí)計(jì)算大會(huì)公布新一期全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單中,由國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心使用中國(guó)自主芯片研制的“神威·太湖之光”第三次出現(xiàn)在全球超算500強(qiáng)榜單(第四十九期)榜首的位置,實(shí)現(xiàn)三連冠。

同時(shí),“神威·太湖之光”的兩項(xiàng)應(yīng)用成果也進(jìn)入“戈登·貝爾獎(jiǎng)”的提名。

一分鐘計(jì)算能力相當(dāng)于72億人同時(shí)用計(jì)算器不間斷計(jì)算32年

走進(jìn)國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心,1000平方米的房間內(nèi),記者看到了“神威·太湖之光”的“真身”:由40個(gè)運(yùn)算機(jī)柜和8個(gè)網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜組成。每個(gè)運(yùn)算機(jī)柜比家用的雙門(mén)冰箱略大,打開(kāi)柜門(mén),4組由32塊運(yùn)算插件組成的超節(jié)點(diǎn)分布其中。工作人員介紹,每個(gè)插件由4個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)板組成,一個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)板又含2塊“申威26010”高性能處理器。一臺(tái)機(jī)柜就有1024塊處理器,整臺(tái)“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(qiáng)?據(jù)介紹,其系統(tǒng)峰值性能為每秒12.5億億次,持續(xù)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(shù)據(jù)不直接,國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心主任楊廣文介紹,“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),這套系統(tǒng)1分鐘的計(jì)算能力,相當(dāng)于全球72億人同時(shí)用計(jì)算器不間斷計(jì)算32年;如果用2016年生產(chǎn)的主流筆記本電腦或個(gè)人臺(tái)式機(jī)作參照,‘神威·太湖之光’相當(dāng)于200多萬(wàn)臺(tái)普通電腦?！?/p>

楊廣文介紹,“神威·太湖之光”是世界首臺(tái)峰值運(yùn)算速度超過(guò)10億億次、并行規(guī)模超千萬(wàn)核的劃時(shí)代的新型超級(jí)計(jì)算機(jī)。整機(jī)采用高密度運(yùn)算超節(jié)點(diǎn)和高流量可擴(kuò)展復(fù)合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)高效可擴(kuò)展與并行運(yùn)行;采用層次包容、分級(jí)自治的軟硬協(xié)同容錯(cuò)體系,實(shí)現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)的高可用;通過(guò)面向典型應(yīng)用和機(jī)器結(jié)構(gòu)的編譯優(yōu)化、自適應(yīng)精細(xì)平衡調(diào)度等技術(shù),實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件的高效運(yùn)行。

首次完全使用“中國(guó)芯”,集運(yùn)算控制核心與運(yùn)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(jí)計(jì)算機(jī)采用的中央處理器,是自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)芯片——“申威26010”眾核處理器。

中科院計(jì)算所研究員、并行計(jì)算專家張?jiān)迫硎?“神威·太湖之光”是首次完全用“中國(guó)芯”制造的中國(guó)最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)。在第一次獲得冠軍時(shí),國(guó)際TOP500組織是這樣評(píng)價(jià)“神威·太湖之光”的:“中國(guó)在國(guó)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(guó)設(shè)計(jì)、制造的處理器而打造的新系統(tǒng)?！?/p>

楊廣文介紹,這是一款具有獨(dú)特性的處理器,它采用了片上融合的異構(gòu)眾核體系結(jié)構(gòu),以及具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的指令集和完整的配套軟件生態(tài)系統(tǒng)。這種獨(dú)特的體系結(jié)構(gòu)在25平方厘米的方寸之間集成了260個(gè)運(yùn)算核心、數(shù)十億晶體管,達(dá)到了每秒3萬(wàn)億次計(jì)算能力。

為何這個(gè)芯片具有如此強(qiáng)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(shè)計(jì)會(huì)造成幾個(gè)問(wèn)題:第一,組裝規(guī)模大,費(fèi)電。第二,PCE作為通信接口,造成瓶頸。而這個(gè)芯片把運(yùn)算控制核心與運(yùn)算核心做在一個(gè)芯片內(nèi),這樣就把這兩個(gè)問(wèn)題都解決了?！霸趪?guó)際上,現(xiàn)在英特爾可能也正在推出類似芯片,這一點(diǎn)我們走在前面?！?/p>

除了芯片,作為一個(gè)超算系統(tǒng),“神威·太湖之光”在體系結(jié)構(gòu)、高速互聯(lián)、系統(tǒng)軟件等關(guān)鍵技術(shù)上都實(shí)現(xiàn)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(gòu)建了從編譯器、操作系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)環(huán)境到應(yīng)用平臺(tái)的較為完善的軟件生態(tài)鏈,并有針對(duì)硬件做性能的優(yōu)化,確保性能的發(fā)揮、節(jié)能水平的利用。

累計(jì)擁有幾百項(xiàng)應(yīng)用課題,服務(wù)天氣氣候、航天航空等多個(gè)領(lǐng)域

兩項(xiàng)應(yīng)用成果入圍2017年度“戈登·貝爾獎(jiǎng)”提名,2016年的一項(xiàng)應(yīng)用成果已經(jīng)獲獎(jiǎng),填補(bǔ)我國(guó)在這個(gè)被稱為高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域的“諾貝爾獎(jiǎng)”上的空白,“神威·太湖之光”在應(yīng)用方面的進(jìn)步令人意想不到。

據(jù)楊廣文介紹,按照目前的統(tǒng)計(jì),“神威·太湖之光”一年來(lái)的利用率已經(jīng)超過(guò)50%,累計(jì)擁有幾百項(xiàng)應(yīng)用課題,目前有一些重大項(xiàng)目正在“神威·太湖之光”上進(jìn)行全機(jī)調(diào)試,比如2016年“戈登·貝爾獎(jiǎng)”獲獎(jiǎng)應(yīng)用“全球大氣非靜力云分辨模擬”,還有一些應(yīng)用目前正在“神威·太湖之光”上一邊進(jìn)行小規(guī)模調(diào)試,一邊排隊(duì)等待更大規(guī)模應(yīng)用的檔期。目前,包括國(guó)家氣象局等多個(gè)國(guó)家專業(yè)機(jī)構(gòu)與研究院所都在“神威·太湖之光”上開(kāi)展應(yīng)用研究,并進(jìn)一步與國(guó)家超算無(wú)錫中心尋求全面合作?！耙虼?我們完全不擔(dān)心‘神威·太湖之光’跑不滿。”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(jí)的成果。此外,需要考慮在擁有大量科研用戶的同時(shí),如何能夠培養(yǎng)更多有意愿長(zhǎng)期合作且需求旺盛的產(chǎn)業(yè)界用戶。

國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心副主任、清華大學(xué)副教授付昊桓說(shuō),超級(jí)計(jì)算在科學(xué)與工程領(lǐng)域應(yīng)用最早、最廣泛,應(yīng)用效果最顯著,已同理論研究和科學(xué)實(shí)驗(yàn)一起成為人類探索未知世界的三大科學(xué)手段,被稱為支撐科學(xué)發(fā)現(xiàn)的第三個(gè)支柱?！吧裢ぬ狻睂?duì)我國(guó)科技創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的作用。目前,應(yīng)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(guó)家重大科技應(yīng)用、先進(jìn)制造等領(lǐng)域解算任務(wù)幾百項(xiàng),一年來(lái)共計(jì)完成200多萬(wàn)項(xiàng)作業(yè)任務(wù),平均每天完成近7000項(xiàng)。據(jù)付昊桓介紹,“神威·太湖之光”已經(jīng)應(yīng)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(yàn)方面的模擬。

記者在國(guó)家超算無(wú)錫中心的應(yīng)用成果展示區(qū)看到,中國(guó)航空、航天的相關(guān)研究機(jī)構(gòu)目前正與無(wú)錫超算合作進(jìn)行C919大飛機(jī)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(qiáng)能力進(jìn)行動(dòng)漫制作。據(jù)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?！拔磥?lái)很有可能會(huì)看到依托‘神威·太湖之光’運(yùn)算能力制作出的國(guó)產(chǎn)動(dòng)畫(huà)大片?！睏顝V文說(shuō)。

除此之外,國(guó)家超算無(wú)錫中心還在考慮如何服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。“江蘇是制造業(yè)大省,如何幫助制造業(yè)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新,是我們正在考慮的一個(gè)重要應(yīng)用方向?！睏顝V文說(shuō),中心希望能更好地支持當(dāng)?shù)刂圃鞓I(yè)的發(fā)展,將國(guó)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(guó)制造業(yè)的大部分應(yīng)用軟件都是國(guó)外的商用軟件,在這方面國(guó)家超算無(wú)錫中心也在布局,例如已與遠(yuǎn)景能源展開(kāi)了格林威治智慧風(fēng)場(chǎng)平臺(tái)建設(shè),同時(shí)還在汽車制造業(yè)、船舶制造、新藥研發(fā)等方面開(kāi)展研究。(記者 王偉健)