揭秘太湖之光：纯国产如何称雄TOP500？

　　第3篇：申威26010扬名 摆脱国外技术依赖

　　国产申威26010的秘密武器

　　除了太湖之光夺冠，其实更令人兴奋的是其采用了国产处理器申威26010，可以说有着一定的历史意义。2015年4月，美国商务部发布公告，决定禁止英特尔向四家国家超级计算机中心出售Xeon Phi处理器。而在此之前，曾经的TOP500冠军天河二号采用的就是Xeon系列处理器。这意味着，天河二号将无法继续使用英特尔提供的用于升级系统的新款芯片。

　　然而，申威26010的出现击碎了外界对于国产化的质疑。与此同时，这款处理器也带来了一个“新名词”：众核。超算界早已对以GPU、众核为代表的异构计算持开明态度，GPU应用的场景越来越多，在算法上也有了更多的支持。从长远来看，异构集群对超算的重要性会加大，在确保灵活性和软件兼容性的前提下，追求更高的性能和更低的功耗。

　　一直以来，HPC的发展离不开军用和科研，太湖之光也不例外。事实上，申威在业内早有耳闻，但为什么外界鲜有人知呢?主要原因或许就是军方背景。申威系列芯片的研发单位是江南计算机所(即总参某部56所)，而申威26010就是在国家高性能集成电路(上海)设计中心生产，被部署于无锡国家超级计算中心。总参某部56所创建于1951年6月，位于无锡。

　　申威最初的技术来源是DEC公司开发的Alpha 21164，后者在1995面世，采用0.5um制造工艺，主频为200MHz。不过，随着技术研发的深耕，江南所拓展出了自主的申威-64指令集，摆脱了Alpha的影子。

　　申威26010采用了“CPU+加速器”的方案(管理核心+运算核心)，为64位RISC(主频1.45GHz)，拥有260个处理核心和4个内存控制器。处理器内包括四个核心组，每组有65个内核，由8×8 Mesh架构计算集群(CPE)、一个管理单元(MPE)、一个内存控制器(MC)组成。其中，MPE和MC也可以被当作独立的处理核心，前者负责系统管理和通讯，后者则用于浮点运算，单个内存(128bit的DDR3)带宽为34GB/s，因此整个处理器提供了136.5GB/s的带宽。

　　申威26010核心组结构(图片来自Jack Dongarra)

　　申威26010支持264位的矢量指令集，内置各32KB的L1指令缓存和数据缓存，以及256KB L2缓存，没有L3缓存。对于CPE来说，单条处理管线使得每个主频周期可进行8次浮点运算，浮点性能为11.6GFLOPS，而MPE则约为CPE的两倍。

　　申威26010节点基础设计(图片来自Jack Dongarra)

　　此外，申威26010可能并非采用NUMA(非统一内存访问架构)架构，这使得处理器组内之间的内容共享成为可能，在硬件方面没有缓存的一致性需求，由软件负责同步。相比之下，英特尔Kight Landing则是将缓存一致性(Cache Coherence)都交给硬件。从性能来看，申威26010的双精浮点峰值为3.06TFlops，与Kight Landing处在同一水平线。

　　不过，作为完全自主的国产处理器，申威26010也面临着一些问题。首先就是制造工艺，有人猜测28nm，尽管并不是官方说法，但相较英特尔的14nm还是有些落后。其次，太湖之光的HPCG(High Performance Conjugate Gradients)成绩也一般，峰值效率为0.3%，低于天河二号的1.1%。

　　太湖之光的HPCG成绩不理想(图片来自Jack Dongarra)

　　对于HPCG测试，可能是内存和互联宽带拖了后腿。前面提到过，申威26010采用的是DDR3，而英特尔Kight Landing已经用上六通道DDR4，Xeon Phi的内存带宽达到了512GB。虽然太湖之光在Linpack上大幅领先，但在HPC的适用性方面就会有些下降。总的来说，申威26010在计算能力上的优势有目共睹，不过由于更偏向军用，因此部分功能经过了特殊调校，应用范围有一定的局限。

第4篇：太湖之光应用贡献大 照亮中国超算

　　超算之路不平坦 太湖之光只是开始

　　从天河系列的70%国产化，到神威蓝光的85%以上，再到如今完全自主、耗时三年研制的神威太湖之光，中国超算在美国芯片禁运的“倒逼”下，已经跨出了历史性的一步。值得一提的是，基于太湖之光系统的三项全机应用还入围了有超算界诺贝尔之称的“戈登贝尔奖”。该奖项自1987年设立以来，中国团队从未入围过。

　　在国家863计划的支持下，作为“国之重器”的超级计算机在工业制造、航天、军事、医学、科研等领域将发挥更大的作用，并且会助推深度学习、人工智能的发展。未来，太湖之光将在四个方向发挥作用：全球高分辨率模拟，为气候变化研究提供量化研究的基础;先进制造，助力“中国制造”转向“中国创造”;生命科学，为研发新药和探索生命奥秘提供支撑;大数据分析。

　　举例来说，国家超级计算无锡中心与清华大学、北京师范大学合作，在太湖之光上进行了CAM全球大气模式的重构与优化，以及全球超高分辨率大气模式实验框架。其中，大气模式实验框架已初步实现了3公里精度，仅次于日本NICAM 870米的分辨率。清华大学计算机科学与技术系副教授薛巍表示：“有了这套计算机系统，我们可以在30天内完成未来100年的地球气候模拟，全面提升我国应对极端气候事件和自然灾害时的减灾防灾能力。”

　　大气模式实验框架(图片来自国家超级计算无锡中心)

　　借助太湖之光，国家计算流体力学实验室对“天宫一号”返回路径进行了数值模拟计算，将为其返回提供精确预测;上海药物所开展的药物筛选和疾病机理研究，两周内就完成了原本需要10个月的计算，加速了白血病、癌症、禽流感等疾病的药物设计进度;此外，太湖之光还将在“高分辨率海浪数值模拟”和“钛合金微结构演化相场模拟”方面做出巨大贡献。截至目前，国家超级计算无锡中心已经与北京大学、中科院软件所、中船重工702所、远景能源、清华大学、国家计算流体力学实验室等国内30多家机构或单位建立了应用合作关系。

　　除了国家级研究机构的贡献，以联想、曙光等为代表的中国企业也在超算领域有着很好的表现。最新一期TOP500中，联想就以92套获得了全球超算份额第二、中国第一的成绩。未来，超算将朝着高性能、低功耗的方向继续拓展，芯片设计、任务分配、算法优化、应用范围、散热系统等依然是努力的重点。