“神威·太湖之光”運(yùn)算系統(tǒng)機(jī)倉

新一期全球超級計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單6月20日公布，使用中國自主芯片制造的“神威太湖之光取代“天河二號”登上榜首，中國超算上榜總數(shù)首次超過美國，名列第一。

實(shí)現(xiàn)三大突破

“神威·太湖之光”計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心研制，落戶在國家超級計(jì)算無錫中心，2015年12月21日完成整機(jī)系統(tǒng)性能測試，目前由清華大學(xué)負(fù)責(zé)運(yùn)營。

“神威·太湖之光”的研制是“十二五”期間國家863計(jì)劃信息技術(shù)領(lǐng)域的重要部署，也是國家長期支持、技術(shù)積累的成果。這套超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)取得了三大突破，其峰值性能、持續(xù)性能、性能功耗比三項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)均居世界第一。

其一，數(shù)量級的突破。這是全球第一臺運(yùn)行速度超過10億億次/秒的超級計(jì)算機(jī)，峰值性能高達(dá)12.54億億次/秒，持續(xù)性能達(dá)到9.3億億次/秒，接近“天河二號”的3倍。楊廣文教授打了個比方說，“神威·太湖之光”一分鐘的計(jì)算能力相當(dāng)于全球72億人同時(shí)用計(jì)算器不間斷計(jì)算32年。

其二，自主研發(fā)的突破。與“天河二號”采用INTEL處理器不同，“神威·太湖之光”全部采用自主中國芯：“申威26010”眾核處理器。在國家超級計(jì)算無錫中心1000平米的主機(jī)房內(nèi)，整齊排布著兩組共40個運(yùn)算機(jī)倉，每個機(jī)倉容納1024個芯片，共計(jì)40960個芯片。據(jù)介紹，其單芯片的計(jì)算能力相當(dāng)于3臺2000年全球排名第一的超級計(jì)算機(jī)，當(dāng)前性能指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

其三，綠色節(jié)能的突破。楊廣文教授說，過去超級計(jì)算機(jī)的用電量堪比一個中小城市，業(yè)界因此把能效比作為衡量其先進(jìn)性的一項(xiàng)重要指標(biāo)?！皬牡凸?、高集成度的處理器設(shè)計(jì)，到高速高密度的工程實(shí)現(xiàn)技術(shù)；從世界領(lǐng)先的高效水冷技術(shù)，到軟硬件協(xié)同、智能化的功耗控制方法，‘神威·太湖之光’實(shí)現(xiàn)了層次化、全方位的綠色節(jié)能，功耗比達(dá)到每瓦特60.51億次運(yùn)算。”

“神威·太湖之光”運(yùn)算系統(tǒng)機(jī)倉內(nèi)部

角逐“國之重器”

計(jì)算與理論研究、科學(xué)實(shí)驗(yàn)并稱為人類探索未知世界的三大科學(xué)手段。超級計(jì)算屬于戰(zhàn)略高技術(shù)領(lǐng)域，是世界各國競相角逐的科技制高點(diǎn)。

我國自863計(jì)劃實(shí)施以來，即持續(xù)支持超級計(jì)算系統(tǒng)的研發(fā)，但鑒于處理器設(shè)計(jì)制造起步較晚、基礎(chǔ)薄弱，相當(dāng)一段時(shí)間都不能擺脫受制于人的局面。2015年4月，美國宣布對中國禁售高性能處理器，再次為我們敲響警鐘。楊廣文教授表示，此番“神威·太湖之光”問鼎之舉，足以打消由此給中國超算發(fā)展帶來的顧慮。

航空航天、石油勘探、車船設(shè)計(jì)、動漫制作、新藥研發(fā)、生物信息、氣候模擬……超級計(jì)算廣泛應(yīng)用在從實(shí)體經(jīng)濟(jì)到戰(zhàn)略領(lǐng)域的諸多方面?！耙粋€系統(tǒng)先讓它好用，才能把它用好。”楊廣文教授表示，國家超級計(jì)算無錫中心將圍繞江蘇省及長三角經(jīng)濟(jì)圈的科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級發(fā)展需求，充分發(fā)揮清華大學(xué)的學(xué)科優(yōu)勢建設(shè)高性能計(jì)算和大數(shù)據(jù)服務(wù)環(huán)境，未來計(jì)劃依托這個平臺在無錫建設(shè)高性能計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)園。

截至目前，國家超級計(jì)算無錫中心已經(jīng)承接了國內(nèi)30多個重大應(yīng)用項(xiàng)目。其中，清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)研究中心在“神威·太湖之光”計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上首次實(shí)現(xiàn)了百萬核規(guī)模、高分辨率的地球系統(tǒng)數(shù)值模擬。清華大學(xué)研究人員薛巍介紹，此前我國的地球模擬系統(tǒng)模式只能達(dá)到200公里網(wǎng)格規(guī)模的分辨率，現(xiàn)在已可以開展25公里網(wǎng)格分辨率的地球系統(tǒng)模擬工作，甚至在海洋上還可以達(dá)到10公里，這就可以提供更局地更全面的地球演變過程的情況。

“有了這套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，我們可以在30天內(nèi)完成未來100年的地球氣候模擬，這在之前是不可想象的?！毖ξ≌f，更為重要的是，它將全面提升我國應(yīng)對極端氣候事件和自然災(zāi)害的減災(zāi)防災(zāi)能力，同時(shí)大大增強(qiáng)我國在全球溫室氣體減排談判中的科學(xué)話語權(quán)。此外，國家計(jì)算流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室對“天宮一號”返回路徑的數(shù)值模擬結(jié)果，將為“天宮一號”返回提供精確預(yù)測；上海藥物所開展的藥物篩選和疾病機(jī)理研究，短短2周便完成常規(guī)需要10個月的計(jì)算，大大加速了白血病、癌癥、禽流感等方向的藥物設(shè)計(jì)進(jìn)度。

戈登貝爾獎被喻為計(jì)算機(jī)高性能應(yīng)用領(lǐng)域的諾貝爾獎。楊廣文教授透露，2016年度戈登貝爾獎的6個提名中，“神威·太湖之光”就占了3個，分別涉及大氣、海洋、材料三個領(lǐng)域的應(yīng)用，今年有望實(shí)現(xiàn)我國在這個獎項(xiàng)上零的突破。

“神威·太湖之光”創(chuàng)紀(jì)錄之后，百億億次量級計(jì)算機(jī)的研制也已經(jīng)列入了我國“十三五”的攻堅(jiān)目標(biāo)。