全國產(chǎn)化超級計算機“神威·太湖之光”運算速度奪全球第一
中國芯，顯神威
系統(tǒng)開機1分鐘，需全球72億人用計算器算32年
來源：人民日報 2016-6-21 王偉健 喻思孌 蔣芳 蔡玉高
6月20日，德國法蘭克福國際超算大會（ISC）公布了新一期全球超級計算機TOP500榜單，由國家并行計算機工程技術(shù)研究中心研制的“神威·太湖之光”以超第二名近三倍的運算速度奪得第一。更令人振奮的是，該套系統(tǒng)實現(xiàn)了包括處理器在內(nèi)的所有核心部件全國產(chǎn)化。
超級計算機新霸主運算速度到底有多快？全國產(chǎn)化意味著什么概念，中國超算是否已經(jīng)邁上世界之巔？記者走進負(fù)責(zé)該系統(tǒng)運營和維護的國家超級計算無錫中心，為你揭開“神威·太湖之光”的神秘面紗。
到底有多快
共有40960塊處理器，性能相當(dāng)于200多萬臺普通電腦
系統(tǒng)的峰值性能125.436PFlops，世界第一；
持續(xù)性能93.015PFlops，世界第一；
性能功耗比6051MFlops/W，還是世界第一。
國際超算大會上傳來的消息光看數(shù)據(jù)讓人不明就里。
“簡單來說，這套系統(tǒng)1分鐘的計算能力，相當(dāng)于全球72億人同時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人臺式機作參照，‘太湖之光’相當(dāng)于200多萬臺普通電腦。”國家超級計算無錫中心主任楊廣文介紹。
走進國家超級計算無錫中心，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個運算機柜和8個網(wǎng)絡(luò)機柜組成。每個運算機柜比家用的雙門冰箱略大，打開柜門，4塊由32塊運算插件組成的超節(jié)點分布其中。每個插件由4個運算節(jié)點板組成，一個運算節(jié)點板又含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。
致力超算研究的意義不僅僅是“速度戰(zhàn)”，更重要的是贏得“應(yīng)用戰(zhàn)”。
國家超級計算無錫中心副主任付昊桓介紹，依托“神威·太湖之光”，以清華大學(xué)為主體的科研團隊首次實現(xiàn)了百萬核規(guī)模的全球10公里高分辨率地球系統(tǒng)數(shù)值模擬，這一成果將全面提高我國應(yīng)對極端氣候和自然災(zāi)害的減災(zāi)防災(zāi)能力；國家計算流體力學(xué)實驗室對“天宮一號”返回路徑的數(shù)值模擬結(jié)果令人振奮，將為“天宮一號”順利回家提供精確預(yù)測；上海藥物所開展的藥物篩選和疾病機理研究，短短兩周就完成常規(guī)需要10個月的計算，大大加速了白血病、癌癥、禽流感等方向的藥物設(shè)計進度……
此外，“神威·太湖之光”還在綠色節(jié)能方面取得突破。楊廣文說，過去超級計算機的用電量堪比一個中小城市，業(yè)界因此把能效比作為衡量其先進性的重要指標(biāo)。“從低功耗、高集成度的處理器設(shè)計，到高速高密度的工程實現(xiàn)技術(shù)；從世界領(lǐng)先的高效水冷技術(shù)，到軟硬件協(xié)同、智能化的功耗控制方法，‘神威·太湖之光’實現(xiàn)了層次化、全方位的綠色節(jié)能。”
究竟有多難
從“玻璃房”到“限售”，25平方厘米的中國芯打破30年技術(shù)封鎖
30年前，中國的超級計算機用戶有一個神秘的“玻璃房”：美國人把一臺超級計算機賣給中國，用不透明的玻璃包裹得嚴(yán)嚴(yán)實實，中國技術(shù)人員沒有授權(quán)不得入內(nèi)。
北京師范大學(xué)全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院王蘭寧教授至今記得這個中國土地上的“技術(shù)飛地”。“全國只有幾個有授權(quán)的科學(xué)家能夠進入玻璃房，而且是在美國人的監(jiān)視下，一旦程序運行完，機器立即被鎖回玻璃房。那個所謂的超算速度，在今天看來充其量是一臺高性能電腦，但對于當(dāng)時的中國來說，卻是一個難以企及的高峰。”
上世紀(jì)80年代，我國已逐步邁入獨立設(shè)計和制造巨型機的國家之列，但卻因核心處理器等關(guān)鍵部件與技術(shù)的短板只能受制于人，直接導(dǎo)致了我國雖是國外超級計算機“大買家”，卻無法擁有匹配的“議價權(quán)”。
步入“十二五”，在國家863項目重點支持下，我國超級計算發(fā)展不斷取得突破。“天河二號”問鼎“六連冠”的同時，在全球超級計算機500強榜單上，中國制造的名單正越來越長，這引起了美國的警惕。2015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(gòu)列入限制出口名單，目的就在于通過限售，鎖死中國超算快速發(fā)展的腳步。
正是這種封鎖帶來的激勵，讓我國下大力氣研發(fā)全國產(chǎn)化的“神威”系列超級計算機，直至此次登頂國際榜單。
由此，只有5厘米見方的薄塊“申威26010”不僅成為“神威·太湖之光”的心臟，也成為我國自主研發(fā)打破30年技術(shù)封鎖的一柄利器。25平方厘米的方寸之間，集成了260個運算核心，數(shù)十億晶體管，達到了每秒3萬多億次計算能力。
中科院計算所研究員、并行計算專家張云泉表示，與“天河二號”使用英特爾芯片不一樣，“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。國際TOP500組織在一份聲明中寫道：“中國在國際TOP500組織第四十七期榜單上保持第一名的位置，憑借的是一個完全基于中國設(shè)計、制造處理器而打造的新系統(tǒng)。”
楊廣文說，關(guān)于是否應(yīng)該自主研發(fā)核心處理器的爭議一直存在，有人說做了這么多年沒有做起來，干脆不要做了，“抱養(yǎng)”一個好了。還有聲音說，引進、吸收、再創(chuàng)新的高鐵模式就很好，為什么非要關(guān)起門搞自主生態(tài)？“如果沒有堅持完全自主生態(tài)，沒有搞十幾年不行，再搞十幾年的勁頭，不可能有今天核心指標(biāo)齊頭并進的神威。”國家并行計算機工程技術(shù)研究中心副主任梁軍說。
還有啥短板
應(yīng)用能力不足，相關(guān)軟件為國外壟斷，中國超算離世界之巔仍有差距
超級計算機是國家科技綜合實力的體現(xiàn)，從高端材料，到生命科學(xué)，再到深海探測、空間技術(shù)各領(lǐng)域，都離不開超算的支撐。這次好消息一出，有人認(rèn)為中國超算從此穩(wěn)穩(wěn)地屹立世界之巔了。
真的是這樣嗎？
楊廣文表示，不可否認(rèn)，“神威·太湖之光”的成功，標(biāo)志著我國超級計算機研制能力已位居世界領(lǐng)先水平，但在技術(shù)儲備、系統(tǒng)穩(wěn)定性方面與發(fā)達國家仍有明顯差距。
速度之爭是超算領(lǐng)域最為直接的對決。與“天河二號”“六連冠”的輝煌相比，此次登頂?shù)?ldquo;神威·太湖之光”要想長期占據(jù)世界第一的地位變得異常艱難。去年7月，美國啟動“國家戰(zhàn)略計算計劃”，目標(biāo)是到2025年建造世界上運算最快的計算機。
“未來五到十年，從每秒十億億次到每秒百億億次是超算發(fā)展的決勝之地。”國家并行計算中心的相關(guān)科研人員表示，雖然超算大國都在進行部署，但其中需要解決的技術(shù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)非常多，以能耗為例，“神威·太湖之光”一年的用電量達到15兆瓦，相當(dāng)于3個清華大學(xué)的用電量。以現(xiàn)有技術(shù)即使能夠?qū)崿F(xiàn)百億億次，能源消耗將十分驚人。
更為關(guān)鍵的是，無論速度有多快，發(fā)展超算始終是為了“致用”，而這仍然是當(dāng)前我國超算發(fā)展的短板。
中科院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心研究員張鑒表示，我國利用超算系統(tǒng)解決問題的能力長期不足，相關(guān)商業(yè)應(yīng)用軟件仍為國外壟斷，在軟件研制、應(yīng)用開發(fā)和人才培養(yǎng)方面有待進一步提高。將“制好”轉(zhuǎn)化為“用好”，才能真正實現(xiàn)對產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新與升級的帶動。
編輯：苑苑
