超級計算機全部核心部件國產化如何用好“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多萬臺最新款的普通電腦加起來，計算能力只能跟它打個平手;其1分鐘的計算能力，相當于全球70多億人同時用計算器不間斷計算32年。

　　值得關注的是，這臺來自江蘇無錫濱湖區(qū)國家超級計算無錫中心的“神威·太湖之光”計算機系統，實現了包括處理器在內的全部核心部件的國產化。

　　超級計算機不僅要跑得出速度，還要“用得起來”。設立于1987年的戈登貝爾獎，被喻為計算機高性能應用領域的諾貝爾獎，設立近30年以來，中國團隊從未入圍。然而此次，基于“神威·太湖之光”的3個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錫中心副主任黃建國說，“從個人電腦到超級計算機，對國內的科學家來說，最大的痛點是電腦芯片基本依賴出口，我們一直不掌握主動權。”2015年4月，美國政府宣布把與超級計算機相關的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，國內的“天河二號”超級計算機，連續(xù)3年世界第一，但去年準備采購新一代處理器時就卡住了，最后導致未如期完成攻關目標。

　　早在2011年，國內就有采用國產處理器的超級計算機，只是那時候的速度只能達到千萬億次，全球排名第14位。當時，國內更多關注的是速度全球第一的超級計算機，這個國產處理器鮮有國人知曉，反而在國外備受關注，自主處理器、高密度組裝技術、水冷系統等成為關注焦點。

　　目前，“申威26010芯片”已經是第三代國產處理器，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。“我們平時使用的普通電腦芯片是‘多核’，這個芯片采用‘眾核體系結構’。這個銀白色的芯片，里面集成了260個運算核心，數十億晶體管，達到了每秒3萬多億次的計算能力。”黃建國說。

　　關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、江蘇省和無錫市共同出資17.95億元，國家并行計算機工程技術研究中心研制成功“神威·太湖之光”，它使用了40960個芯片。

　　“太湖之光”所在的機房，除了空調聲，沒有其他任何噪音，這是全球首臺運行速度超過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(xù)性能達到9.3億億次/秒，接近“天河二號”的3倍，關鍵指標均居世界第一。

　　“每個‘核’都是計算單元，它們是團隊作戰(zhàn)，不再是單兵作戰(zhàn)?！秉S建國解釋，讓千萬個“核”協同作戰(zhàn)，發(fā)揮效果，這是這個計算機的最大特點。

　　一名參與研制的專家介紹，一臺超級計算機的能耗幾乎可以與一個小型城鎮(zhèn)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(jié)能60%以上。

　　計算機系統還采用了高效水冷技術、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的長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100年的地球氣候模擬，這在之前是無法想象的?！鼻迦A大學副教授薛巍說。

　　目前，國家超級計算無錫中心與北京大學、中科院軟件所、中船重工702所、遠景能源、清華大學、國家計算流體力學實驗室等國內30多家用戶單位建立應用合作關系，領域集中在航空航天、石油勘探、車船設計、動漫制作、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(xù)3年成為世界最快計算機，但在應用上做得不夠。“計算機硬件上沒問題，最大的短板是應用”。

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

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

　　多年來，天氣預報的觀測精度也跟隨超級計算機改變。2011年，天津“天河一號”觀測精度為10萬公里，“神威藍光”實現1萬公里精度，而“神威·太湖之光”把精度縮到9公里，如今正向著3公里精度邁進。王蘭寧說，未來有了更快的超算能力支撐，天氣預報就可以萬無一失了。

　　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。國內一名長期關注超級計算機的專家介紹，通過近10年努力，我國軟件應用領域已從少數重點領域拓展到各行各業(yè)，但是領域軟件規(guī)模龐大、開發(fā)周期長、成本高、難度大。發(fā)展高效成熟的國產并行應用軟件，需要相關專家、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、實用、管用的高性能計算機系統，全力配合用戶開發(fā)高效能應用軟件。

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