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无锡超级计算机全部核心部件实现国产化

时间:2016-06-27来源:中国青年报 作者:李超 徐颖洁

6月20日,在德国法兰克福举行的国际超算大会上,发布了超级计算机TOP500榜单,“神威·太湖之光”以近3倍于第二名的运算速度摘得桂冠。

速度到底有多快?如果把200多万台最新款的普通电脑加起来,计算能力只能跟它打个平手;其1分钟的计算能力,相当于全球70多亿人同时用计算器不间断计算32年。

值得关注的是,这台来自江苏无锡滨湖区国家超级计算无锡中心的“神威·太湖之光”计算机系统,实现了包括处理器在内的全部核心部件的国产化。

超级计算机不仅要跑得出速度,还要“用得起来”。设立于1987年的戈登贝尔奖,被喻为计算机高性能应用领域的诺贝尔奖,设立近30年以来,中国团队从未入围。然而此次,基于“神威·太湖之光”的3个科研项目全部入围该奖项。

突破封锁的“中国芯”

“以后再也不用担心被封锁了。”国家超级计算无锡中心副主任黄建国说,“从个人电脑到超级计算机,对国内的科学家来说,最大的痛点是电脑芯片基本依赖出口,我们一直不掌握主动权。”2015年4月,美国政府宣布把与超级计算机相关的4家中国机构,列入限制出口名单,目的是要限制中国超级计算机的发展。

黄建国说,国内的“天河二号”超级计算机,连续3年世界第一,但去年准备采购新一代处理器时就卡住了,最后导致未如期完成攻关目标。

早在2011年,国内就有采用国产处理器的超级计算机,只是那时候的速度只能达到千万亿次,全球排名第14位。当时,国内更多关注的是速度全球第一的超级计算机,这个国产处理器鲜有国人知晓,反而在国外备受关注,自主处理器、高密度组装技术、水冷系统等成为关注焦点。

目前,“申威26010芯片”已经是第三代国产处理器,该处理器由国家工信部核高基计划支持,国家高性能集成电路设计中心研制。“我们平时使用的普通电脑芯片是‘多核’,这个芯片采用‘众核体系结构’。这个银白色的芯片,里面集成了260个运算核心,数十亿晶体管,达到了每秒3万多亿次的计算能力。”黄建国说。

关键指标均居世界第一

2015年12月,在国家“863计划”支持下,科技部、江苏省和无锡市共同出资17.95亿元,国家并行计算机工程技术研究中心研制成功“神威·太湖之光”,它使用了40960个芯片。

“太湖之光”所在的机房,除了空调声,没有其他任何噪音,这是全球首台运行速度超过10亿亿次/秒的超级计算机,峰值性能高达12.5亿亿次/秒,持续性能达到9.3亿亿次/秒,接近“天河二号”的3倍,关键指标均居世界第一。

“每个‘核’都是计算单元,它们是团队作战,不再是单兵作战。”黄建国解释,让千万个“核”协同作战,发挥效果,这是这个计算机的最大特点。

一名参与研制的专家介绍,一台超级计算机的能耗几乎可以与一个小型城镇相当,功耗是计算机提高速度的瓶颈。这台超级计算机的系统能效比高达每瓦特60.5亿次,比“天河二号”节能60%以上。

计算机系统还采用了高效水冷技术、高密度的组装工艺等,芯片内部的低功耗设计和机箱内电线的长度都是为了减少耗能。

“最大的短板是应用”

“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,这在之前是无法想象的。”清华大学副教授薛巍说。

目前,国家超级计算无锡中心与北京大学、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多家用户单位建立应用合作关系,领域集中在航空航天、石油勘探、车船设计、动漫制作、新药研发、生物信息、气候模拟等方面。

黄建国介绍,国内有超级计算机连续3年成为世界最快计算机,但在应用上做得不够。“计算机硬件上没问题,最大的短板是应用”。

国家超级计算无锡中心应用支持工程师刘钊说,超级计算机的配套应用早在1年前就已开始。

气象预报是超级计算机最主要的用途之一。北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院教授王兰宁说:“下不下雨关键看云层运动,有了超级计算机后,就可对云层运动进行精确模拟与观测了。”

多年来,天气预报的观测精度也跟随超级计算机改变。2011年,天津“天河一号”观测精度为10万公里,“神威蓝光”实现1万公里精度,而“神威·太湖之光”把精度缩到9公里,如今正向着3公里精度迈进。王兰宁说,未来有了更快的超算能力支撑,天气预报就可以万无一失了。

作为“全球大气非静力云分辨模拟”团队成员之一,王兰宁参与的项目入围了戈登贝尔奖。国内一名长期关注超级计算机的专家介绍,通过近10年努力,我国软件应用领域已从少数重点领域拓展到各行各业,但是领域软件规模庞大、开发周期长、成本高、难度大。发展高效成熟的国产并行应用软件,需要相关专家、超级计算机系统制造方和软件人员的共同努力,才能研制好用、实用、管用的高性能计算机系统,全力配合用户开发高效能应用软件。

在今年的戈登贝尔奖6个提名中,基于“神威·太湖之光”的应用就占了3个,分别涉及大气、海洋、材料3个领域,这是我国首次在此奖项中获得提名。

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