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“神威”世界三連冠是怎麽回事?

6月19日,在德國法蘭克福舉行的全球超級計算大會公布了新壹屆全球超級計算機500強名單。由國家並行計算機工程與技術中心使用我國自主芯片研制的“神威·太湖之光”第三次登上超級計算機500強(第49期)榜首,實現三連冠。

同時,“太湖神威之光”兩項應用成果也進入“戈登·貝爾獎”提名。

壹分鐘的計算能力相當於72億人同時使用計算器32年。

走進國家超級計算無錫中心,在壹個1000平方米的房間裏,記者看到了“神威太湖之光”的“真身”:它由40個計算機櫃和8個網絡機櫃組成。每個計算機櫃比家用雙門冰箱略大。打開櫃門,裏面分布著四組由32個計算插件組成的超級節點。據工作人員介紹,每個插件由四塊運算節點板組成,壹塊運算節點板包含兩個“神威26010”高性能處理器。壹個機櫃有1024個處理器,整個“神威太湖之光”有40960個處理器。

那麽,“神威太湖之光”到底有多強?據介紹,其系統峰值性能為每秒654.38+0.25億次,持續性能為每秒9.3億次,性能功耗比為每瓦60.5億次,居世界第壹。

光看數據不直接。國家超級計算無錫中心主任楊廣文說,“簡單來說,這個系統的計算能力是1分鐘,相當於全球72億人不間斷使用計算器32年;如果以2016生產的主流筆記本電腦或個人臺式機作為參照,‘神威太湖之光’相當於200多萬臺普通電腦。”

楊廣文介紹,“神威·太湖之光”是世界上第壹臺具有劃時代意義的新型超級計算機,峰值運算速度超過65438億次,並行規模超過1000萬核。整機采用高密度計算超級節點和高流量可擴展的復合網絡架構,實現整個系統的高效可擴展和並行運行;采用分級容錯和分級自治的軟硬件協同容錯系統,實現整個系統的高可用性;通過針對典型應用和機器結構的編譯優化和自適應精細平衡調度等技術,可以實現應用軟件的高效運行。

首次完全使用“中國芯”,集成了運行控制芯和運行芯。

更讓楊廣文驕傲的是,世界第壹超級計算機采用的CPU是國產芯片——“神威26010”眾核處理器。

中科院計算所研究員、並行計算專家張雲泉說,“神威·太湖之光”是中國最強大的超級計算機首次完全由“中國芯”制成。首次奪冠時,國際500強組織是這樣評價“神威太湖之光”的:“中國在國際500強組織第47期榜單上保持第壹名,靠的是完全基於中國設計制造的處理器的新系統。”

楊廣文介紹,這是壹款獨壹無二的處理器,采用片上集成的異構眾核架構,擁有自主知識產權的指令集和完整的配套軟件生態。這種獨特的架構在25平方厘米的壹平方英寸內集成了260個計算核心和數十億個晶體管,每秒可達到3萬億次計算。

為什麽這款芯片會有如此強大的性能?楊廣文說,具體來說,圖形處理芯片過去是以插件的形式存在的。這種芯片設計會造成幾個問題:壹是組裝規模大,耗電。其次,PCE作為壹個通信接口,造成了壹個瓶頸。而這個芯片把運算控制核心和運算核心做在壹個芯片裏,就解決了這兩個問題。“在國際上,英特爾現在可能正在推出類似的芯片,我們走在了前面。”

除了芯片,“神威·太湖之光”作為超級計算機系統,在架構、高速互聯、系統軟件等關鍵技術上實現了前所未有的創新和突破,帶來了性能的跨越式發展。楊廣文表示,通過多年的積累,他們已經構建了從編譯器、操作系統、開發環境到應用平臺相對完整的軟件生態鏈,並對硬件進行了性能優化,保證了節能水平的性能和利用率。

積累了上百個應用課題,服務於天氣氣候、航空航天等領域。

2017年度有兩項應用獲得戈登·貝爾獎提名,2016年度有壹項應用獲獎,填補了我國高性能計算應用領域諾獎的空白。神威太湖之光的應用進展出乎意料。

據楊廣文介紹,根據目前的統計,“神威·太湖之光”在過去壹年的使用率已經超過50%,累計應用課題數百個。目前“神威·太湖之光”上正在調試壹些重大項目,如2016獲得“戈登·貝爾獎”的“全球大氣非靜力雲分辨率模擬”的應用,目前正在進行部分應用。目前,包括國家氣象局在內的多個國家專業機構和科研院所正在開展“神威·太湖之光”的應用研究,並進壹步尋求與國家超算無錫中心的全面合作。“所以,我們並不擔心‘神威太湖之光’的不滿。”楊廣文說,當前的核心問題是如何利用好它,從而產生更多重量級的成果。除此之外,我們還需要考慮在擁有大量科研用戶的同時,如何培養更多願意長期合作、需求旺盛的工業用戶。

無錫國家超級計算中心副主任、清華大學副教授傅浩環表示,超級計算在科學和工程領域應用最早、最廣泛,應用效果最為顯著。它與理論研究和科學實驗壹起,成為人類探索未知世界的三大科學手段,被稱為支撐科學發現的第三大支柱。太湖神威之光在中國科技創新和經濟發展中發揮著非常重要的作用。目前應用領域涉及天氣氣候、航空航天、先進制造、新材料等19方面。,並支持數百項國家重大科技應用、先進制造等領域的求解任務。壹年來完成任務200多萬,平均每天完成近7000個任務。據傅浩環介紹,“神威太湖之光”已經應用於代表“黑科技”未來發展方向的研究領域,比如“人造小太陽”,就是核聚變發電的相關理論和實驗的模擬。

記者在國家超算無錫中心應用成果展區看到,目前中國航空航天研究機構正在與無錫超算合作,模擬C919大飛機的各種飛行狀態和天宮系列飛船的飛行狀態。山東壹家公司還在用“神威太湖之光”的超能力做動畫。據介紹,這樣不僅可以制作出更逼真的動畫渲染效果,還可以大大縮短制作周期。“未來很有可能會看到基於‘神威·太湖之光’計算能力的國產動畫大片。”楊廣文說。

此外,國家超級計算無錫中心還在考慮如何服務地方經濟發展。“江蘇是制造業大省。如何幫助制造業實現創新,是我們正在考慮的重要應用方向。”楊廣文表示,該中心希望更好地支持當地制造業的發展,並將國家超算無錫中心建設成為江蘇省的工業科技創新中心。他說,目前中國制造業的應用軟件大部分是國外的商業軟件。在這方面,國家超級計算無錫中心也在布局中。例如,已經與袁晶能源公司建立了格林威治智能風電場平臺,在汽車制造、造船和新藥研發方面也在進行研究。

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