神威太湖之光三連冠 國內(nèi)外E級(jí)計(jì)算競爭呈白熱化

新一期全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單19日公布，中國“神威·太湖之光”和“天河二號(hào)”第三次攜手奪得前兩名，美國20年來首次無緣前三。超級(jí)計(jì)算的競爭白熱化，美國17日公布E級(jí)超算計(jì)劃，華爾街日?qǐng)?bào)稱這是與中國爭奪霸主地位的重要舉措。中國的E級(jí)超算計(jì)劃如何應(yīng)對(duì)？新智元近日走進(jìn)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(jí)超算計(jì)劃。

根據(jù)新華社的報(bào)道，新一期全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單19日公布，中國“神威·太湖之光”和“天河二號(hào)”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(jí)版的Piz Daint，上升了5位。

TOP500是針對(duì)全球已知最強(qiáng)大的電腦系統(tǒng)做出排名與詳細(xì)介紹。此項(xiàng)目始于1993年并且一年出版兩次最新的超級(jí)計(jì)算機(jī)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(jí)計(jì)算機(jī)會(huì)議上，而第二次排名公布則是在十一月份的超級(jí)計(jì)算會(huì)議上。此項(xiàng)目主旨在提供一個(gè)可靠的基礎(chǔ)去追蹤與偵測(cè)高性能計(jì)算的趨勢(shì)。

TOP500榜單由德國曼海姆大學(xué)的Hans Meuer、美國田納西大學(xué)諾克斯維爾分校的Jack Dongarra以及美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)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(tái)峰值運(yùn)算性能超過每秒十億億次浮點(diǎn)運(yùn)算能力的超級(jí)計(jì)算機(jī)。該系統(tǒng)是我國“十二五”期間“863計(jì)劃”的重大科研成果，由國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心研制，運(yùn)算系統(tǒng)全面采用了由國家高性能 集成電路設(shè)計(jì) 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(tái)全部采用國產(chǎn)處理器構(gòu)建的世界排名第一的超級(jí)計(jì)算機(jī)。

此外，2016年年底，被稱為“高性能計(jì)算領(lǐng)域的諾貝爾獎(jiǎng)”的“戈登·貝爾”獎(jiǎng)公布獲獎(jiǎng)名單，依托于“神威·太湖之光”的強(qiáng)大計(jì)算能力，中國有3項(xiàng)應(yīng)用入圍最終提名，總的提名項(xiàng)目是6項(xiàng)。

2017年6月18日，新智元有幸走進(jìn)國家超級(jí)計(jì)算無錫中心，近距離接觸世界最快超級(jí)計(jì)算機(jī)“神威·太湖之光 ”。

“神威·太湖之光”為什么能雄踞超級(jí)計(jì)算機(jī)全球榜單的第一名？新智元在國家超級(jí)計(jì)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(duì)新智元說，主要原因是：“神威·太湖之光”芯片的計(jì)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(jì)有獨(dú)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(jì)會(huì)造成幾個(gè)問題：第一，組裝規(guī)模大，費(fèi)電；第二，PCE作為通信接口，造成瓶頸。太湖之光把運(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(diǎn)上我們是走在前面的”，超算專家說。

據(jù)介紹，“神威”的強(qiáng)大，還有一個(gè)原因是得益于國產(chǎn)的自主指令機(jī)，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(yīng)用平臺(tái)的較為完善的軟件生態(tài)鏈。而且有針對(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。

從整體上看，“神威·太湖之光”在機(jī)房中的排列呈“010”的樣式，這也正是計(jì)算機(jī)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(gè)機(jī)柜，左右兩邊各20個(gè)，中間 8個(gè)。其中，每一個(gè)機(jī)柜有 1024個(gè)CPU，采用眾核架構(gòu)，每個(gè)CPU有四個(gè)主核，每個(gè)主核帶有64個(gè)從核。主核負(fù)責(zé)分發(fā)任務(wù)，從核負(fù)責(zé)加速，“等于把CPU和GPU做在一起了”。

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

相關(guān)負(fù)責(zé)人對(duì)新智元介紹說，整個(gè)“神威·太湖之光”每天消耗的電量是40萬度，需花費(fèi)20萬人民幣，一年下來電費(fèi)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(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)特性的體系結(jié)構(gòu)在5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3萬億次計(jì)算能力，單芯片計(jì)算能力相當(dāng)于3臺(tái)2000年全球排名第一的超級(jí)計(jì)算機(jī)足以比肩當(dāng)前超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域最先進(jìn)的處理器。

每秒10億次，這是一種怎樣的運(yùn)算能力？這意味著神威·太湖之光的計(jì)算能力200萬臺(tái)目前主流性能電腦的計(jì)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(shí)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(jí)計(jì)算機(jī)國產(chǎn)化的主要推動(dòng)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(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的世界巔峰。

6月17日，根據(jù)《華爾街日?qǐng)?bào)》的報(bào)道，美國能源部（DoE）及與其合作的6家硬件供應(yīng)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(jí)（百億億次）計(jì)算項(xiàng)目。

據(jù)報(bào)道，美國能源部計(jì)劃至少交付兩個(gè)系統(tǒng)——2021年至少有1個(gè)，之后或許還有兩個(gè)或更多。《華爾街日?qǐng)?bào)》的新聞中直接將美國相關(guān)部門的這一舉動(dòng)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(qǐng)教了相關(guān)負(fù)責(zé)人。據(jù)介紹，我國的計(jì)劃是在2020年交付第一臺(tái)E級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)，目前由科技部在支持這一項(xiàng)目，有三個(gè)團(tuán)隊(duì)在同時(shí)開展研究——神威、天河和曙光，但是明年會(huì)最終決定由1-2 團(tuán)隊(duì)來研發(fā)。據(jù)悉，國家對(duì)這一項(xiàng)目的投入超過30億。

該負(fù)責(zé)人表示，我們認(rèn)為，百億億級(jí)還有很大的難點(diǎn)，因?yàn)椴皇呛唵蔚亩哑鼍湍芡瓿傻?。不過，雖然有很大難點(diǎn)，但是，從太湖之光成功經(jīng)驗(yàn)來看，他們對(duì)于百億億級(jí)還是很有信心的。

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

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

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(xué)習(xí)算法庫swDNN，可將“神威·太湖之光”發(fā)揮至60%的計(jì)算效率，充分發(fā)揮了“神威·太湖之光”在應(yīng)用上的計(jì)算支撐作用，將極大的推動(dòng)深度學(xué)習(xí)應(yīng)用的快速發(fā)展。

該算法庫由清華大學(xué)的相關(guān)團(tuán)隊(duì)開發(fā)和運(yùn)維。

“神威·太湖之光”目前已經(jīng)在多個(gè)課題上得到應(yīng)用。

5張圖看懂“神威”芯：申威26010

ISC上神威技術(shù)專家向世界介紹中國技術(shù)

國家超級(jí)計(jì)算無錫中心副主任付昊桓將在本屆的ISC上發(fā)表演講。介紹神威超級(jí)計(jì)算機(jī)。

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