超算零突破：“神威?太湖之光”超級(jí)計(jì)算機(jī)

如果將計(jì)算機(jī)比喻成在近代科學(xué)史上冉冉升起的太陽(yáng)，帶領(lǐng)人們看到希望，那么，超級(jí)計(jì)算機(jī)無(wú)疑是那最炫目的光芒。超級(jí)計(jì)算機(jī)一直以來(lái)都應(yīng)用于工業(yè)、科研、國(guó)防中最尖端的一些領(lǐng)域，對(duì)國(guó)家安全、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有舉足輕重的影響，是一個(gè)國(guó)家科技發(fā)展水平和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。

“神威?太湖之光”超級(jí)計(jì)算機(jī) （圖片來(lái)源：劉成賀）

中國(guó)的計(jì)算機(jī)事業(yè)起步于20世紀(jì)50年代中期，與國(guó)外相比，晚了約10年。在計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程中，中國(guó)經(jīng)歷了各種困難，走過(guò)了一段不平凡的歷程。自“863計(jì)劃”實(shí)施以來(lái)，國(guó)家高度重視并且支持超級(jí)計(jì)算系統(tǒng)的研發(fā)，但由于基礎(chǔ)薄弱、起步較晚，在國(guó)際上經(jīng)常受制于人，美國(guó)更是在2015年宣布對(duì)中國(guó)禁售高性能處理器。但是，“神威?太湖之光”的橫空出世，成功地打破了美國(guó)的封鎖，證明中國(guó)人完全有能力用自己的處理器構(gòu)建世界最高性能的超級(jí)計(jì)算機(jī)。

“神威?太湖之光”超級(jí)計(jì)算機(jī)是由國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心研制、安裝在國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心的超級(jí)計(jì)算機(jī)。該計(jì)算機(jī)由40個(gè)運(yùn)算機(jī)柜和8個(gè)網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜組成。每個(gè)運(yùn)算機(jī)柜比家用的雙門冰箱略大，打開(kāi)柜門，4塊由32塊運(yùn)算插件組成的超節(jié)點(diǎn)分布其中，每個(gè)插件由4個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)板組成，每個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)板又含2塊中國(guó)自主研發(fā)的“申威26010”高性能處理器?！吧裢?太湖之光”超級(jí)計(jì)算機(jī)共安裝了40960塊“申威26010 ”處理器，該處理器采用64位自主申威指令系統(tǒng)。“神威?太湖之光”的峰值性能為12.5億億次/秒，持續(xù)性能為9.3億億次/秒。

2016年6月20日，在法蘭克福國(guó)際超算大會(huì)上，國(guó)際組織“TOP500”發(fā)布的河二號(hào)”快出近2倍，其效率也提高3倍；11月14日，在美國(guó)鹽湖城公布的新一期TOP500榜單中，“神威?太湖之光”以較大的運(yùn)算速度優(yōu)勢(shì)輕松蟬聯(lián)冠軍；11月18日，我國(guó)科研人員依托“神威?太湖之光”超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用成果首次榮獲戈登?貝爾獎(jiǎng)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)高性能計(jì)算應(yīng)用成果在該獎(jiǎng)項(xiàng)上“零”的突破。

2017年5月，科學(xué)技術(shù)部高技術(shù)中心在無(wú)錫組織了對(duì)“神威?太湖之光”計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課題的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收。專家組經(jīng)過(guò)認(rèn)真考察和審核，一致同意其通過(guò)技術(shù)驗(yàn)收；11月13日，全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單公布，“神威?太湖之光”以每秒9.3億億次的浮點(diǎn)運(yùn)算速度第四次奪冠。

2018年11月12日，新一期全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單在美國(guó)達(dá)拉斯發(fā)布，“神威?太湖之光”位列第三名。

“中國(guó)已在這場(chǎng)比賽中大幅領(lǐng)先。”美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室副主任西蒙稱，超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的每一個(gè)部件均在中國(guó)本土制造意義重大。該實(shí)驗(yàn)室是超級(jí)計(jì)算機(jī)的主要用戶，協(xié)助編制全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)名單。“TOP500”網(wǎng)站也評(píng)論說(shuō)，“神威?太湖之光”結(jié)束了中國(guó)只有依靠西方技術(shù)才能在超算領(lǐng)域拔得頭籌的時(shí)代。

“憑借一套搭載本土自主研發(fā)處理器芯片的世界一流超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，中國(guó)鞏固了在這一計(jì)算機(jī)最高領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位?！薄度A爾街日?qǐng)?bào)》曾在2016年刊發(fā)報(bào)道稱，“神威?太湖之光”是中國(guó)首臺(tái)未使用美國(guó)芯片技術(shù)且運(yùn)行速度排名世界第一的計(jì)算機(jī)?！按饲拔涣械谝坏摹旌佣?hào)’使用了英特爾公司研發(fā)的芯片，但美國(guó)出臺(tái)的一項(xiàng)出口禁令使該系統(tǒng)未能獲得升級(jí)所需芯片。”

盡管我國(guó)“863計(jì)劃”持續(xù)支持超級(jí)計(jì)算系統(tǒng)的研發(fā)，但在處理器設(shè)計(jì)制造方面，相當(dāng)一段時(shí)間都不能擺脫受制于人的局面。美國(guó)的出口禁令短期內(nèi)可能造成“天河二號(hào)”升級(jí)計(jì)劃拖延，但從長(zhǎng)期來(lái)看，這反而是倒逼我國(guó)推進(jìn)超算國(guó)產(chǎn)化戰(zhàn)略的重要機(jī)遇，“神威?太湖之光”就是一個(gè)很好的證明。

機(jī)箱內(nèi)的高速光纜（圖片來(lái)源劉成賀）

超級(jí)計(jì)算機(jī)有什么用

全球超算，唯快不破。但追逐超算的意義不僅僅是贏得速度之爭(zhēng)，更重要的是要以超算“致用”，獲得更多的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。超級(jí)計(jì)算機(jī)是科學(xué)家用來(lái)解決人類重要 問(wèn)題的工具，有效使用超級(jí)計(jì)算機(jī)，可在更短時(shí)間內(nèi)完成重大研究。在最新基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域，諸如大氣變化模擬、核聚變研究、生命科學(xué)、天體物理研究以及在最流行 的人工智能、大數(shù)據(jù)等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中，超級(jí)計(jì)算機(jī)都扮演著越來(lái)越重要的角色。