神威太湖之光三連冠 國內(nèi)外E級計算競爭呈白熱化

新一期全球超級計算機500強榜單19日公布，中國“神威·太湖之光”和“天河二號”第三次攜手奪得前兩名，美國20年來首次無緣前三。超級計算的競爭白熱化，美國17日公布E級超算計劃，華爾街日報稱這是與中國爭奪霸主地位的重要舉措。中國的E級超算計劃如何應對？新智元近日走進國家超算無錫中心，采訪到幾位核心管理人員，深入解讀神威·太湖之光以及中國的E級超算計劃。

根據(jù)新華社的報道，新一期全球超級計算機500強榜單19日公布，中國“神威·太湖之光”和“天河二號”第三次攜手奪得前兩名，美國20年來首次無緣前三。神威·太湖之光繼2016年兩次登頂后，再次位列世界第一，成功拿下三連冠。

值得一提的是，今年的第三名是來自瑞士國家超算中心升級版的Piz Daint，上升了5位。

TOP500是針對全球已知最強大的電腦系統(tǒng)做出排名與詳細介紹。此項目始于1993年并且一年出版兩次最新的超級計算機排名列表。每年的第一次排名公布總是在六月份的國際超級計算機會議上，而第二次排名公布則是在十一月份的超級計算會議上。此項目主旨在提供一個可靠的基礎(chǔ)去追蹤與偵測高性能計算的趨勢。

TOP500榜單由德國曼海姆大學的Hans Meuer、美國田納西大學諾克斯維爾分校的Jack Dongarra以及美國勞倫斯伯克利國家實驗室的Erich Strohmaier與Horst Simon等人共同匯編。

“神威·太湖之光”是世界上首臺峰值運算性能超過每秒十億億次浮點運算能力的超級計算機。該系統(tǒng)是我國“十二五”期間“863計劃”的重大科研成果，由國家并行計算機工程技術(shù)研究中心研制，運算系統(tǒng)全面采用了由國家高性能 集成電路設(shè)計 中心通過自主核心技術(shù)研制的國產(chǎn)“申威26010”眾核處理器。

“神威·太湖之光”也是我國第一臺全部采用國產(chǎn)處理器構(gòu)建的世界排名第一的超級計算機。

此外，2016年年底，被稱為“高性能計算領(lǐng)域的諾貝爾獎”的“戈登·貝爾”獎公布獲獎名單，依托于“神威·太湖之光”的強大計算能力，中國有3項應用入圍最終提名，總的提名項目是6項。

2017年6月18日，新智元有幸走進國家超級計算無錫中心，近距離接觸世界最快超級計算機“神威·太湖之光 ”。

“神威·太湖之光”為什么能雄踞超級計算機全球榜單的第一名？新智元在國家超級計算無錫中心采訪到超算技術(shù)專家。

這位全程參與“神威·太湖之光”的專家對新智元說，主要原因是：“神威·太湖之光”芯片的計算能力以及節(jié)電節(jié)能的水平，都是可以跟國際上最新的芯片相比的。他說：“這在以前是我們中國是想都不敢想的，‘神威’ 芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計有獨創(chuàng)性”。

具體說來，國際上的GPU等芯片，過去都是采用插卡的形式，這樣的芯片設(shè)計會造成幾個問題：第一，組裝規(guī)模大，費電；第二，PCE作為通信接口，造成瓶頸。太湖之光把運算控制核心與運算核心做在一個芯片內(nèi)，這樣就把這兩個問題都解決了。

“在國際上，現(xiàn)在英特爾可能也正在推出類似芯片，這一點上我們是走在前面的”，超算專家說。

據(jù)介紹，“神威”的強大，還有一個原因是得益于國產(chǎn)的自主指令機，通過多年的積累，他們已經(jīng)構(gòu)建了從編譯器、操作系統(tǒng)、開發(fā)環(huán)境到應用平臺的較為完善的軟件生態(tài)鏈。而且有針對硬件做性能的優(yōu)化，確保性能的發(fā)揮，節(jié)能水平的利用。

從整體上看，“神威·太湖之光”在機房中的排列呈“010”的樣式，這也正是計算機的語言。國家超算無錫中心的工作人員向新智元介紹說，“神威·太湖之光”總共有48個機柜，左右兩邊各20個，中間 8個。其中，每一個機柜有 1024個CPU，采用眾核架構(gòu)，每個CPU有四個主核，每個主核帶有64個從核。主核負責分發(fā)任務，從核負責加速，“等于把CPU和GPU做在一起了”。

新智元在機房內(nèi)感受到，機器發(fā)出的噪音并不大，只有整齊規(guī)律的一點聲響，并且整體溫度控制得很好，比機房外開著空調(diào)的會議室還要涼快。

相關(guān)負責人對新智元介紹說，整個“神威·太湖之光”每天消耗的電量是40萬度，需花費20萬人民幣，一年下來電費成本在5000到6000萬之間。

“神威·太湖之光”全面采用了自主研制的 中國芯 ——“申威26010”眾核處理器，這是一款具有獨特性的處理器，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)。這種獨特性的體系結(jié)構(gòu)在5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3萬億次計算能力，單芯片計算能力相當于3臺2000年全球排名第一的超級計算機足以比肩當前超級計算機領(lǐng)域最先進的處理器。

每秒10億次，這是一種怎樣的運算能力？這意味著神威·太湖之光的計算能力200萬臺目前主流性能電腦的計算能力。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)上都實現(xiàn)了前所未有的創(chuàng)新和突破，帶來了性能的跨越式發(fā)展。神威系列作為我國超級計算機國產(chǎn)化的主要推動者，以12.5436億億次的峰值性能和9.3015億億次的持續(xù)性能，站上了超級計算機領(lǐng)域的世界巔峰。

6月17日，根據(jù)《華爾街日報》的報道，美國能源部（DoE）及與其合作的6家硬件供應商將得到近5億美元的資金，致力于研究、開發(fā)和部署E級（百億億次）計算項目。

據(jù)報道，美國能源部計劃至少交付兩個系統(tǒng)——2021年至少有1個，之后或許還有兩個或更多?！度A爾街日報》的新聞中直接將美國相關(guān)部門的這一舉動描述為與中國爭奪超算世界霸主地位的重要措施。

新智元在無錫也就中國超算接下來幾年的發(fā)展請教了相關(guān)負責人。據(jù)介紹，我國的計劃是在2020年交付第一臺E級超級計算機，目前由科技部在支持這一項目，有三個團隊在同時開展研究——神威、天河和曙光，但是明年會最終決定由1-2 團隊來研發(fā)。據(jù)悉，國家對這一項目的投入超過30億。

該負責人表示，我們認為，百億億級還有很大的難點，因為不是簡單的堆砌就能完成的。不過，雖然有很大難點，但是，從太湖之光成功經(jīng)驗來看，他們對于百億億級還是很有信心的。

談到神威的優(yōu)勢，相關(guān)技術(shù)人員在向新智元介紹時提到，去年發(fā)布Top 100榜單時，排在第一名的“神威”運算能力遙遙領(lǐng)先，超過2-5名的總和。這種優(yōu)勢也將有利于神威的研發(fā)團隊角逐E級超算。

“神威·太湖之光”計算機系統(tǒng)面向工業(yè)設(shè)計、地球科學、天氣氣候、天文宇宙、航空航天、材料科學、生物醫(yī)藥、大數(shù)據(jù)、云計算和深度學習等領(lǐng)域提供計算和技術(shù)支持服務。

據(jù)介紹，神威深度算法庫swDNN，基于申威異構(gòu)眾合處理器開發(fā)的神威深度學習算法庫swDNN，可將“神威·太湖之光”發(fā)揮至60%的計算效率，充分發(fā)揮了“神威·太湖之光”在應用上的計算支撐作用，將極大的推動深度學習應用的快速發(fā)展。

該算法庫由清華大學的相關(guān)團隊開發(fā)和運維。

“神威·太湖之光”目前已經(jīng)在多個課題上得到應用。

5張圖看懂“神威”芯：申威26010

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