据国外技术媒体NextPlatform报道，为了支持其科学、经济项目的发展，中国已经发展并建造了大约二十年的尖端超级计算机。最初，中国使用在美国开发的硬件，但随着美国对中国的技术限制，中国不得不构建自己的高性能计算（HPC）硬件。对于即将来临的下一代百亿亿次（E级）超级计算机，中国目前也走到了前列。NextPlatform援引中国并行计算机工程与技术国家研究中心（NRCPC）的一份文件报道说，中国的百亿亿次超级计算机提案之一包括扩展申威HPC架构以及申威多核混合CPU架构。 以下是NextPlatform关于中国百亿亿次超算的建议以及架构猜想
超级计算趋势：更多内核
作为百亿亿次计算机时代准备工作的一部分，NRCPC对近年来通用超级计算机的发展趋势进行了研究。
该组织发现，由于摩尔定律和登纳德缩放比例定律(DennardScaling)的放慢，在不增加功耗的情况下提高超级计算机的性能变得异常困难，因此整个系统架构的复杂性会呈指数级增长。
基于这些发现，领先的超级计算机在2008年至2019年的性能有所提高，这主要是由于计算内核数增加了44倍。为此，NRCPC认为，与其发明全新的东西，不如扩展现有的神威超级计算机架构和神威CPU设计。特别是拥有数千万核的超级计算机正在考虑中。
探索神威SW26010架构
2016年推出的最新神威太湖之光超级计算机使用了40960个国产多核神威SW26010处理器，采用混合架构。该系统的Linpack性能(Rmax)为93,014.6 TFLOPS， (Rpeak)为125,436 TFLOPS。当前的百亿亿美元级提案包括扩展SW26010 CPU和太湖之光系统的扩展，因此了解更多关于CPU架构的细节是有意义的。 SW26010处理器是基于自主研发的64位RISC架构，具有4个集群或核心组（CG）和一个协议处理单元（PPU）。每个集群有一个MPE(management processing element)，MPE是一个超标量乱序核，具有256位向量引擎、32kb/32kb L1指令/数据缓存、256kb L2缓存。它还集成了64个计算处理元素(CPE)，具有相同的256位向量引擎以及64 KB的快速本地数据和16 KB的指令存储。CPE被组织成一个8x8阵列，并使用网状网络相互连接。值得注意的是，MPE和CPE通过基于目录的协议支持一致性共享，这减少了数据在核之间的移动，并支持不同核之间的细粒度交互，这对具有不规则数据共享访问权限的应用程序尤为重要。 每个CG都有其自己的DDR3内存控制器，该控制器具有自己的地址空间，该内存使用9个内存模块实现专有ECC实现，支持8GB内存。CG通过类似于环形总线的片上网络（NoC）进行互连，并且处理器本身通过系统互连（SI）总线连接至系统的其余部分。在神威太湖之光超级计算机中使用的CPU SW26010操作主频为1.45GHz。NRCPC没有透露它使用哪种工艺技术来制造SW26010，但是自从太湖之光在2016年中期首次出现在全球500强名单中以来，可以合理地假设其CPU是使用台积电的28 nm制造工艺制造的。 假设太湖之光已满载且效率为100％，则这种处理器的性能约为3.168 TFLOPS（峰值），并且内存带宽约为136 GB / s。 SW26010本质上是一个具有260个内核的混合处理器，这些内核共享相同的微体系结构，但功能不同。由于SW26010是可利用其256个CPE内核利用线程级并行性的单芯片，因此它被认为比配备了计算加速器（例如GPU或FPGA）的CPU效率更高，因为它不必增加内存负载串行（MPE）和并行（CPE）内核之间的事务。与此同时，基于x86的现代超级计算机使用超过四个“大”核的cpu，这增加了一定的灵活性。 NRCPC的E级超算解决方案及建议：扩展一切
从NRCPC的角度来看，可以同时扩展神威系统和神威CPU架构，以构建性能约为1 ExaFLOPS的超级计算机。 
为了构建这样一个系统，NRCPC建议增强SW26010 CPU并增加处理器数量。用于百亿亿次级计算机的新神威CPU将拥有8个CG集群，而不是4个。CG架构将保持不变:一个MPE和64个CPE。同时，CPE将支持512位向量指令(大概MPE也会支持，但文档中没有明确说明)。根据NRCPC的估计，这种处理器将提供超过12 FP64 TFLOPS。百亿亿次超级计算机也将使每个系统的CPU数量增加一倍以上，达到80000多个。 NRCPC表示，基于下一代神威CPU架构的百亿亿次神威超级计算机峰值性能约为1 FP64 ExaFLOPS(百亿亿次浮点运算)、2 FP32 ExaFLOPS以及4 FP16ExaFLOPS。据该组织估计，百亿亿次神威系统的实际性能将达到700 PFLOPS左右(也就是说，它的效率将达到70%左右)，因此它将比“太湖之光”快7.5倍。此外，这款超级计算机将提供约7倍高的内存带宽和约2倍高的网络带宽。 
神威太湖之光超级计算机耗电15371千瓦。相比之下，当前世界上最强大的机器——日本富士通的富岳（Fugaku）超级计算机消耗了29,899千瓦，大约是它的两倍。美国的Frontier超算预计将在今年晚些时候成为第一个提供1.5ExaFLOPS运算性能的系统，预计消耗约3万千瓦。虽然NRCPC的研究给出了一些关于中国百亿亿级超级计算机预期性能的想法，但该文件缺少的一个东西是该系统的预期功耗。
该文承认，增强CPU架构将导致内部互连和缓存的主要重新设计，这意味着功耗的增加。此外，整个超级计算机将不得不重新设计，以利用额外的每CPU性能和CPU数量。NRCPC说，它将在接下来的文件中解决其他超级计算机子系统的挑战。 需要新的工艺技术
从工程角度来看，可以构建具有520核（8个MPE，512个CPE）的混合CPU。同时，将内核数量增加一倍并增加其复杂性，而要求内部互连速度快两倍的512位向量单元将不可避免地导致晶体管数量的显著增加。 新闻来源：EETOP易特创芯，文中所述为作者独立观点，不代表icspec立场。更多精彩资讯请下载icspec App。如对本稿件有异议，请联系微信客服specltkj。
