用国产芯片的神威太湖之光究竟厉害在哪？

6月19日，在德国法兰克福举行的全球超级计算大会公布新一期全球超级计算机500强榜单中，由国家并行计算机工程技术研究中心使用中国自主芯片研制的“神威·太湖之光”第三次出现在全球超算500强榜单（第四十九期）榜首的位置，实现三连冠。同时，“神威·太湖之光”的两项应用成果也进入“戈登·贝尔奖”的提名。

一分钟计算能力相当于72亿人同时用计算器不间断计算32年

走进国家超级计算无锡中心，1000平方米的房间内，记者看到了“神威·太湖之光”的“真身”：由40个运算机柜和8个网络机柜组成。每个运算机柜比家用的双门冰箱略大，打开柜门，4组由32块运算插件组成的超节点分布其中。工作人员介绍，每个插件由4个运算节点板组成，一个运算节点板又含2块“申威26010”高性能处理器。一台机柜就有1024块处理器，整台“神威·太湖之光”共有40960块处理器。

那么，“神威·太湖之光”到底有多强？据介绍，其系统峰值性能为每秒12.5亿亿次，持续性能为每秒9.3亿亿次，性能功耗比为每瓦特60.5亿次，均居世界第一。

光看数据不直接，国家超级计算无锡中心主任杨广文介绍，“简单来说，这套系统1分钟的计算能力，相当于全球72亿人同时用计算器不间断计算32年；如果用2016年生产的主流笔记本电脑或个人台式机作参照，‘神威·太湖之光’相当于200多万台普通电脑。”

杨广文介绍，“神威·太湖之光”是世界首台峰值运算速度超过10亿亿次、并行规模超千万核的划时代的新型超级计算机。整机采用高密度运算超节点和高流量可扩展复合网络架构，实现全系统高效可扩展与并行运行；采用层次包容、分级自治的软硬协同容错体系，实现整机系统的高可用；通过面向典型应用和机器结构的编译优化、自适应精细平衡调度等技术，实现应用软件的高效运行。

首次完全使用“中国芯”，集运算控制核心与运算核心于一身

更让杨广文骄傲的是，这个世界第一的超级计算机采用的中央处理器，是自主设计生产的国产芯片——“申威26010”众核处理器。

中科院计算所研究员、并行计算专家张云泉表示，“神威·太湖之光”是首次完全用“中国芯”制造的中国最强大的超级计算机。在第一次获得冠军时，国际TOP500组织是这样评价“神威·太湖之光”的：“中国在国际TOP500组织第四十七期榜单上保持第一名的位置，凭借的是一个完全基于中国设计、制造的处理器而打造的新系统。”

杨广文介绍，这是一款具有独特性的处理器，它采用了片上融合的异构众核体系结构，以及具有自主知识产权的指令集和完整的配套软件生态系统。这种独特的体系结构在25平方厘米的方寸之间集成了260个运算核心、数十亿晶体管，达到了每秒3万亿次计算能力。

为何这个芯片具有如此强大的性能？杨广文说，具体说来，图形处理等芯片过去都是采用插卡的形式，这样的芯片设计会造成几个问题：第一，组装规模大，费电。第二，PCE作为通信接口，造成瓶颈。而这个芯片把运算控制核心与运算核心做在一个芯片内，这样就把这两个问题都解决了。“在国际上，现在英特尔可能也正在推出类似芯片，这一点我们走在前面。”

除了芯片，作为一个超算系统，“神威·太湖之光”在体系结构、高速互联、系统软件等关键技术上都实现了前所未有的创新和突破，带来了性能的跨越式发展。杨广文说，通过多年的积累，他们已经构建了从编译器、操作系统、开发环境到应用平台的较为完善的软件生态链，并有针对硬件做性能的优化，确保性能的发挥、节能水平的利用。

累计拥有几百项应用课题，服务天气气候、航天航空等多个领域

两项应用成果入围2017年度“戈登·贝尔奖”提名，2016年的一项应用成果已经获奖，填补我国在这个被称为高性能计算应用领域的“诺贝尔奖”上的空白，“神威·太湖之光”在应用方面的进步令人意想不到。

据杨广文介绍，按照目前的统计，“神威·太湖之光”一年来的利用率已经超过50%，累计拥有几百项应用课题，目前有一些重大项目正在“神威·太湖之光”上进行全机调试，比如2016年“戈登·贝尔奖”获奖应用“全球大气非静力云分辨模拟”，还有一些应用目前正在“神威·太湖之光”上一边进行小规模调试，一边排队等待更大规模应用的档期。目前，包括国家气象局等多个国家专业机构与研究院所都在“神威·太湖之光”上开展应用研究，并进一步与国家超算无锡中心寻求全面合作。“因此，我们完全不担心‘神威·太湖之光’跑不满。”杨广文说，目前最核心的问题是如何把它用好，可以多出重量级的成果。此外，需要考虑在拥有大量科研用户的同时，如何能够培养更多有意愿长期合作且需求旺盛的产业界用户。

国家超级计算无锡中心副主任、清华大学副教授付昊桓说，超级计算在科学与工程领域应用最早、最广泛，应用效果最显著，已同理论研究和科学实验一起成为人类探索未知世界的三大科学手段，被称为支撑科学发现的第三个支柱。“神威·太湖之光”对我国科技创新和经济发展具有十分重要的作用。目前，应用领域涉及天气气候、航空航天、先进制造、新材料等19个方面，支持国家重大科技应用、先进制造等领域解算任务几百项，一年来共计完成200多万项作业任务，平均每天完成近7000项。据付昊桓介绍，“神威·太湖之光”已经应用于代表未来“黑科技”发展方向的研究领域，比如“人造小太阳”，也就是核聚变发电的相关理论与实验方面的模拟。

记者在国家超算无锡中心的应用成果展示区看到，中国航空、航天的相关研究机构目前正与无锡超算合作进行C919大飞机多种飞行状态的模拟，以及天宫系列航天飞行器的飞行状态模拟。山东的一家公司还在利用“神威·太湖之光”的超强能力进行动漫制作。据介绍，这样不仅可以制作出更加逼真的动漫渲染效果，而且可以大幅缩短制作周期。“未来很有可能会看到依托‘神威·太湖之光’运算能力制作出的国产动画大片。”杨广文说。

除此之外，国家超算无锡中心还在考虑如何服务地方经济发展。“江苏是制造业大省，如何帮助制造业实现创新，是我们正在考虑的一个重要应用方向。”杨广文说，中心希望能更好地支持当地制造业的发展，将国家超算无锡中心建成江苏省一个产业科技创新中心。他表示，目前，中国制造业的大部分应用软件都是国外的商用软件，在这方面国家超算无锡中心也在布局，例如已与远景能源展开了格林威治智慧风场平台建设，同时还在汽车制造业、船舶制造、新药研发等方面开展研究。