“神威”世界三连冠是怎么回事?

6月19日,在德国法兰克福举行的全球超级计算大会公布了新一届全球超级计算机500强名单。由国家并行计算机工程与技术中心使用我国自主芯片研制的“神威·太湖之光”第三次登上超级计算机500强(第49期)榜首,实现三连冠。

同时,“太湖神威之光”两项应用成果也进入“戈登·贝尔奖”提名。

一分钟的计算能力相当于72亿人同时使用计算器32年。

走进国家超级计算无锡中心,在一个1000平方米的房间里,记者看到了“神威太湖之光”的“真身”:它由40个计算机柜和8个网络机柜组成。每个计算机柜比家用双门冰箱略大。打开柜门,里面分布着四组由32个计算插件组成的超级节点。据工作人员介绍,每个插件由四块运算节点板组成,一块运算节点板包含两个“神威26010”高性能处理器。一个机柜有1024个处理器,整个“神威太湖之光”有40960个处理器。

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654.38+0.25亿次,持续性能为每秒9.3亿次,性能功耗比为每瓦60.5亿次,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说,“简单来说,这个系统的计算能力是1分钟,相当于全球72亿人不间断使用计算器32年;如果以2016生产的主流笔记本电脑或个人台式机作为参照,‘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”是世界上第一台具有划时代意义的新型超级计算机,峰值运算速度超过65438亿次,并行规模超过1000万核。整机采用高密度计算超级节点和高流量可扩展的复合网络架构,实现整个系统的高效可扩展和并行运行;采用分级容错和分级自治的软硬件协同容错系统,实现整个系统的高可用性;通过针对典型应用和机器结构的编译优化和自适应精细平衡调度等技术,可以实现应用软件的高效运行。

首次完全使用“中国芯”,集成了运行控制芯和运行芯。

更让杨广文骄傲的是,世界第一超级计算机采用的CPU是国产芯片——“神威26010”众核处理器。

中科院计算所研究员、并行计算专家张云泉说,“神威·太湖之光”是中国最强大的超级计算机首次完全由“中国芯”制成。首次夺冠时,国际500强组织是这样评价“神威太湖之光”的:“中国在国际500强组织第47期榜单上保持第一名,靠的是完全基于中国设计制造的处理器的新系统。”

杨广文介绍,这是一款独一无二的处理器,采用片上集成的异构众核架构,拥有自主知识产权的指令集和完整的配套软件生态。这种独特的架构在25平方厘米的一平方英寸内集成了260个计算核心和数十亿个晶体管,每秒可达到3万亿次计算。

为什么这款芯片会有如此强大的性能?杨广文说,具体来说,图形处理芯片过去是以插件的形式存在的。这种芯片设计会造成几个问题:一是组装规模大,耗电。其次,PCE作为一个通信接口,造成了一个瓶颈。而这个芯片把运算控制核心和运算核心做在一个芯片里,就解决了这两个问题。“在国际上,英特尔现在可能正在推出类似的芯片,我们走在了前面。”

除了芯片,“神威·太湖之光”作为超级计算机系统,在架构、高速互联、系统软件等关键技术上实现了前所未有的创新和突破,带来了性能的跨越式发展。杨广文表示,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相对完整的软件生态链,并对硬件进行了性能优化,保证了节能水平的性能和利用率。

积累了上百个应用课题,服务于天气气候、航空航天等领域。

2017年度有两项应用获得戈登·贝尔奖提名,2016年度有一项应用获奖,填补了我国高性能计算应用领域诺奖的空白。神威太湖之光的应用进展出乎意料。

据杨广文介绍,根据目前的统计,“神威·太湖之光”在过去一年的使用率已经超过50%,累计应用课题数百个。目前“神威·太湖之光”上正在调试一些重大项目,如2016获得“戈登·贝尔奖”的“全球大气非静力云分辨率模拟”的应用,目前正在进行部分应用。目前,包括国家气象局在内的多个国家专业机构和科研院所正在开展“神威·太湖之光”的应用研究,并进一步寻求与国家超算无锡中心的全面合作。“所以,我们并不担心‘神威太湖之光’的不满。”杨广文说,当前的核心问题是如何利用好它,从而产生更多重量级的成果。除此之外,我们还需要考虑在拥有大量科研用户的同时,如何培养更多愿意长期合作、需求旺盛的工业用户。

无锡国家超级计算中心副主任、清华大学副教授傅浩环表示,超级计算在科学和工程领域应用最早、最广泛,应用效果最为显著。它与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大支柱。太湖神威之光在中国科技创新和经济发展中发挥着非常重要的作用。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方面。,并支持数百项国家重大科技应用、先进制造等领域的求解任务。一年来完成任务200多万,平均每天完成近7000个任务。据傅浩环介绍,“神威太湖之光”已经应用于代表“黑科技”未来发展方向的研究领域,比如“人造小太阳”,就是核聚变发电的相关理论和实验的模拟。

记者在国家超算无锡中心应用成果展区看到,目前中国航空航天研究机构正在与无锡超算合作,模拟C919大飞机的各种飞行状态和天宫系列飞船的飞行状态。山东一家公司还在用“神威太湖之光”的超能力做动画。据介绍,这样不仅可以制作出更逼真的动画渲染效果,还可以大大缩短制作周期。“未来很有可能会看到基于‘神威·太湖之光’计算能力的国产动画大片。”杨广文说。

此外,国家超级计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,是我们正在考虑的重要应用方向。”杨广文表示,该中心希望更好地支持当地制造业的发展,并将国家超算无锡中心建设成为江苏省的工业科技创新中心。他说,目前中国制造业的应用软件大部分是国外的商业软件。在这方面,国家超级计算无锡中心也在布局中。例如,已经与袁晶能源公司建立了格林威治智能风电场平台,在汽车制造、造船和新药研发方面也在进行研究。

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