“神威·太湖之光”運(yùn)算系統(tǒng)機(jī)倉(cāng)

新一期全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單6月20日公布，使用中國(guó)自主芯片制造的“神威太湖之光取代“天河二號(hào)”登上榜首，中國(guó)超算上榜總數(shù)首次超過(guò)美國(guó)，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(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心研制，落戶在國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心，2015年12月21日完成整機(jī)系統(tǒng)性能測(cè)試，目前由清華大學(xué)負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)。

“神威·太湖之光”的研制是“十二五”期間國(guó)家863計(jì)劃信息技術(shù)領(lǐng)域的重要部署，也是國(guó)家長(zhǎng)期支持、技術(shù)積累的成果。這套超級(jí)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(jí)的突破。這是全球第一臺(tái)運(yùn)行速度超過(guò)10億億次/秒的超級(jí)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(hào)”的3倍。楊廣文教授打了個(gè)比方說(shuō)，“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(hào)”采用INTEL處理器不同，“神威·太湖之光”全部采用自主中國(guó)芯：“申威26010”眾核處理器。在國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心1000平米的主機(jī)房?jī)?nèi)，整齊排布著兩組共40個(gè)運(yùn)算機(jī)倉(cāng)，每個(gè)機(jī)倉(cāng)容納1024個(gè)芯片，共計(jì)40960個(gè)芯片。據(jù)介紹，其單芯片的計(jì)算能力相當(dāng)于3臺(tái)2000年全球排名第一的超級(jí)計(jì)算機(jī)，當(dāng)前性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

其三，綠色節(jié)能的突破。楊廣文教授說(shuō)，過(guò)去超級(jí)計(jì)算機(jī)的用電量堪比一個(gè)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摹⒏呒啥鹊奶幚砥髟O(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(cāng)內(nèi)部

角逐“國(guó)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(jí)計(jì)算屬于戰(zhàn)略高技術(shù)領(lǐng)域，是世界各國(guó)競(jìng)相角逐的科技制高點(diǎn)。

我國(guó)自863計(jì)劃實(shí)施以來(lái)，即持續(xù)支持超級(jí)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(guó)宣布對(duì)中國(guó)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(wèn)鼎之舉，足以打消由此給中國(guó)超算發(fā)展帶來(lái)的顧慮。

航空航天、石油勘探、車船設(shè)計(jì)、動(dòng)漫制作、新藥研發(fā)、生物信息、氣候模擬……超級(jí)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€(gè)系統(tǒng)先讓它好用，才能把它用好。”楊廣文教授表示，國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心將圍繞江蘇省及長(zhǎng)三角經(jīng)濟(jì)圈的科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)發(fā)展需求，充分發(fā)揮清華大學(xué)的學(xué)科優(yōu)勢(shì)建設(shè)高性能計(jì)算和大數(shù)據(jù)服務(wù)環(huán)境，未來(lái)計(jì)劃依托這個(gè)平臺(tái)在無(wú)錫建設(shè)高性能計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)園。

截至目前，國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心已經(jīng)承接了國(guó)內(nèi)30多個(gè)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(wàn)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(guó)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(kāi)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(guò)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(lái)100年的地球氣候模擬，這在之前是不可想象的?！毖ξ≌f(shuō)，更為重要的是，它將全面提升我國(guó)應(yīng)對(duì)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(guó)在全球溫室氣體減排談判中的科學(xué)話語(yǔ)權(quán)。此外，國(guó)家計(jì)算流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室對(duì)“天宮一號(hào)”返回路徑的數(shù)值模擬結(jié)果，將為“天宮一號(hào)”返回提供精確預(yù)測(cè)；上海藥物所開(kāi)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(gè)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(jiǎng)被喻為計(jì)算機(jī)高性能應(yīng)用領(lǐng)域的諾貝爾獎(jiǎng)。楊廣文教授透露，2016年度戈登貝爾獎(jiǎng)的6個(gè)提名中，“神威·太湖之光”就占了3個(gè)，分別涉及大氣、海洋、材料三個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，今年有望實(shí)現(xiàn)我國(guó)在這個(gè)獎(jiǎng)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(jí)計(jì)算機(jī)的研制也已經(jīng)列入了我國(guó)“十三五”的攻堅(jiān)目標(biāo)。