肖骁

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中国超级计算机“神威·太湖之光”为何能超过美国?

2016-6-22 10:45:51 显示全部楼层
“超级计算机:中国超过美国!” 第47次全球超级计算机500强榜单20日在德国法兰克福会议期间正式发布:中国的“神威·太湖之光”取代“天河二号”登上榜首。令人最振奋的是,与使用英特尔芯片的“天河二号”相比, “神威·太湖之光”使用的是中国自主知识产权的芯片,由中国自主开发,而且速度更快、更节能!
  


  据悉,“神威”一分钟计算能力,相当70亿人用计算器不间断算32年!不仅如此,“兵马俑军团还以数量和整体性占优”,此次中国跻身500强的超算总数量也达到史无前例的 167台,首次超过美国列第一。外媒纷纷发出感慨:“这是‘中国制造’成功转型的一个象征”“中国的高技术战略正在结出果实”“中国已在这场比赛中大幅领先”……中国超级计算机领域权威专家张云泉20日对《环球时报》记者说,核心处理器的自主化此前一直是中国超算的一大弱项,但美国的芯片禁运恰恰“倒逼”中国研制出完全国产的处理器。
  “TOP500”中国双第一

  “中国‘神威·太湖之光’成为超级计算机的领导者。”德新社20日发自法兰克福的报道称,国际超级计算机“TOP500”组织当天发布的榜单显示,中国继续在500强榜单上领跑,而且排名比去年更好。排在榜首的是由中国国家超级计算无锡中心研制的“神威·太湖之光”,浮点运算速度为每秒9.3亿亿次,据《华尔街日报》报道,“神威·太湖之光”的运算速度为此前3年处在该榜单首位的“天河二号”的两倍以上,大约是目前排名第三的美国领先超级计算机系统的5倍。“神威·太湖之光”使用的是中国自主知识产权的芯片。“TOP500”组织在一份声明中写道:“中国在国际TOP500组织第47期榜单上保持第一名的位置,凭借的是一个完全基于中国设计、制造处理器而打造的新系统。”
  排名第二的就是来自中国广州的“天河二号”,浮点运算速度为每秒3.386亿亿次。这次500强榜单还有一个重大变化是,美国入围的超级计算机总数量首次被中国超越。中国现在入榜的超级计算机数量达到167台,美国则是165台。
  全球超级计算机500强榜单由国际“TOP500”组织每半年公布一次,在德国和美国轮流举行。可能很多人都想不到,一年前,中国在“TOP500”榜上的超级计算机还仅有37台。2015年11月,中国上榜的计算机猛增到109台,超过欧洲与日本,排名第二。又过了仅仅半年时间,中国入榜的超级计算机数量达到167台,世界第一。
  这次榜单前十名除了“神威·太湖之光”与“天河二号”外,第3到第10名依次为,美国的“泰坦”与“红杉”、日本的“京”、美国的“米拉”和“三一”、瑞士的“代恩特峰”、德国的“花尾榛鸡”和沙特阿拉伯的“沙欣II”。
“超级计算机:中国超过美国!”德国IT专业杂志《Heise》网络版20日以此为题作了报道,并刊登了一张中国秦朝兵马俑的照片,“全球超级计算机大会伴随着一声巨响启动:中国现在在全球超级计算机500强榜单上不仅占据着最快超级计算机的前两名,兵马俑军团还以数量和整体性占优。”
  美国禁运倒逼中国自主化

  正在德国出席TOP500颁奖活动的中国计算机学会高性能计算专委会秘书长张云泉20日对《环球时报》记者表示,“神威·太湖之光”是国内第一台全部采用国产处理器构建的世界第一的超级计算机。它是根据国家科技部863计划研制的,研制周期用了接近3年,但之前的预研时间无法估算。“其实,我们在去年底就知道‘神威·太湖之光’具有拿世界冠军的能力,但当时出于保密考虑一直没有对外发布。”
  对于中国超算的国产化情况,张云泉介绍说,按照评估,“天河”系列的国产化程度是70%左右,济南超算中心的“神威蓝光”超级计算机能达到85%以上,“神威·太湖之光”的处理器则是全国产的。
  “中国已在这场比赛中大幅领先”,美国劳伦斯伯克利国家实验室副主任西蒙称,超级计算机系统的每一部件均在中国本土制造意义重大。该实验室是超级计算机的主要用户,协助编制全球超级计算机500强名单。“TOP500”网站评论说,“神威·太湖之光”的性能结束了“中国智能依靠西方技术才能在超算领域拔得头筹”的时代。
  “凭借一套搭载本土自主研发处理器芯片的世界一流超级计算机系统,中国巩固了在这一计算机最高领域的领导地位。”《华尔街日报》20日称,“神威·太湖之光”是中国首台未使用美国芯片技术且运行速度排名世界第一的计算机。“此前位列第一的‘天河二号’使用了英特尔公司研发的芯片,去年出台的一项美国出口禁令使该系统未能获得升级所需芯片。”
  正如《华尔街日报》所说,我国863计划持续支持超级计算系统的研发,但在处理器设计制造方面,相当一段时间都不能摆脱受制于人的局面。2015年4月,美国商务部发布公告,决定禁止向中国4家国家超级计算机机构出售“至强”(XEON)芯片。当时张云泉在接受《环球时报》专访时表示,禁售短期内可能造成“天河二号”升级计划拖延,但长期来看“是倒逼中国推进超算国产化战略的重要机遇”。
  专家的话可谓一语中的。时隔一年,张云泉20日再次接受《环球时报》采访时,他对国产处理器发展得这么快、并且夺得世界冠军充满感慨。他表示,美国的芯片禁运反而缩短了中国的研制周期,使我们搞出了完全自主的高性能处理器和完全自主可控的超级计算机,“西方的芯片禁运对中国可谓利大于弊”。
  “现在美国必须反击”

  20日公布的超算最新榜单看来使美国感到了挑战。榜单主要编撰人、美国田纳西大学计算机科学家唐加拉对《华尔街日报》表示,拥有“神威·太湖之光”速度级别的美国系统“要到2018年才能运行”。唐加拉表示,“神威·太湖之光”系统由近4.1万个芯片组成,每个芯片上有260个被称为处理器核心的小型计算引擎,设计人员可以借此将1065万个处理器核心装入40个机柜。相比之下,美国指令周期最快的超级计算机上只有约56万个处理器核心。“神威·太湖之光”不仅功能强大,而且非常节能。唐加拉还说,在2001年,中国还没有任何一台超级计算机上榜,到今日中国已超过美国,没有其他国家有这样快的增长速度,中国超级计算机数量不断增加,已成为趋势。
  美国彭博新闻社20日称,中国的这项成绩是对美国全球技术主导的“威胁”,这是其努力打破对进口技术依赖的一项突破,这台新机器意味着世界人口最多的国家“以后也会减少对美国国防技术和安全技术设施的依赖”。
  “美国人从来没有这么糟糕过,现在美国必须反击。” 德国《Heise》杂志网络版20日说。“超级计算机也是美中军备竞赛一部分”,“德国之声”去年8月曾报道说,奥巴马总统打算让美国建造一台更快的超级计算机,其运算速度将比“天河二号”快30倍,从而帮助保持美国在科研领域的领先地位。而曾担任奥巴马总统网络安全顾问的刘易斯表示,超级计算机能够协助开发更好的武器、破译密码,因此也是“美中两国间不断升级的军备竞赛的一部分”。
  美国“前沿”网站20日评论说,中国超级计算机成为世界最快机器,“凸显了美国在这一被视为对科学和国防至关重要的技术领域的主导地位正在下降”。
  “中国超级计算机大跃进”,德国新闻电视台20日表示,中国从默默无闻的入榜者,一跃成为世界超级计算机“无可争议的领先者”,用了不到10年时间。超级计算机一直是世界超级大国美国的一个高技术标签。现在,美国在这一领域整体性落后于中国。未来,美国势必希望重新夺回这一位置。
  对此,张云泉表示,现在中国在芯片设计及体系架构方面并不比美国差,甚至有些地方还有些超前,但整个软件的生态系统比较薄弱,需要用很长的时间将软件的指令系统和应用环境建立起来,之后还要建立自己的用户群,而这些都是非常费时费力的过程,也是决定一种处理器成败的关键。
  中国首次入围“戈登贝尔”奖

  “超级计算机‘中国制造’”,德国财经网20日称,中国在全球超算500强榜单上首次整体性领先,是“中国制造”成功转型的一个象征。167台超级计算机入榜背后是中国强大的计算机技术集团军。除了国家的研究中心,还有联想、浪潮、中科曙光、华为等企业力量。中国的高技术战略正在结出硕果。
  超算发展是速度之争,更是应用之争。《华尔街日报》20日说,长期以来,超级计算机一直被各国政府用来破解密码或发展核武器,也被用于民用领域,例如天气预报、石油勘探以及设计汽车和药物等产品。张云泉20日对《环球时报》记者介绍,超级计算机主要用来解决普通计算机不能解决的问题,它可以将运算时间大幅缩短、求解的问题规模更大、求解的精细度更高。比如精准的天气预报,如果没有超级计算机的强大运算能力,这是完全无法实现的,此外超算还在制药、飞机设计、材料领域的各种研究,基因排序、精准医疗等很多与生活息息相关的领域进行应用。
  有报道称,国家超级计算无锡中心已经承接了国内30多个重大应用项目。其中,清华大学地球系统科学研究中心在“神威·太湖之光”计算机系统上首次实现了百万核规模、高分辨率的地球系统数值模拟。清华大学研究人员薛巍对媒体说,“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,这在之前是不可想象的。”
  据了解,被称作超算应用领域诺贝尔奖的“戈登贝尔”奖,从1987年设立以来,中国团队从未入围过。今年,基于“神威·太湖之光”系统的3项全机应用已经入围,占全部入围数量一半。这三项应用分别为中科院软件所与清华大学、北师大合作的“全球大气非静力云分辨模拟”;国家海洋局海洋一所与清华大学合作的“高分辨率海浪数值模拟”;中科院网络中心的“钛合金微结构演化相场模拟”。

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肖骁 2016-6-22 10:47:53 显示全部楼层
世界运算最快是种啥感受?运算一分钟相当于地球人算32年
  
系统的峰值性能125.436PFlops,世界第一;
持续性能93.015PFlops,世界第一;
性能功耗比6051MFlops/W,还是世界第一。
国际超算大会上传来的消息光看数据让人不明就里。
  “简单来说,这套系统1分钟的计算能力,相当于全球72亿人同时用计算器不间断计算32年;如果用2016年生产的主流笔记本电脑或个人台式机作参照,‘太湖之光’相当于200多万台普通电脑。”国家超级计算无锡中心主任杨广文介绍。
  走进国家超级计算无锡中心,1000平方米的房间内,记者看到了“神威·太湖之光”的“真身”:
由40个运算机柜和8个网络机柜组成。每个运算机柜比家用的双门冰箱略大,打开柜门,4块由32块运算插件组成的超节点分布其中。每个插件由4个运算节点板组成,一个运算节点板又含2块“申威26010”高性能处理器。一台机柜就有1024块处理器,整台“神威·太湖之光”共有40960块处理器。
  “每一块处理器相当于20多台常用笔记本电脑的计算能力,4万多块再组装到一起,速度之快可想而知。”杨广文说。
  
全球超算,唯快不破。致力超算研究的意义不仅仅是“速度战”,更重要的是赢得“应用战”。
  国家超级计算无锡中心副主任付昊桓介绍,依托“神威·太湖之光”,以清华大学为主题的科研团队首次实现了百万核规模的全球10公里高分辨率地球系统数值模拟,这一成果将全面提高我国应对极端气候和自然灾害的减灾防灾能力;国家计算流体力学实验室对“天宫一号”返回路径的数值模拟结果令人振奋,将为“天宫一号”顺利回家提供精确预测;上海药物所开展的药物筛选和疾病机理研究,短短2周就完成常规需要10个月的计算,大大加速了白血病、癌症、禽流感等方向的药物设计进度……
  从“玻璃房”到“限售” 25平方厘米彻底打破30年技术封锁

  30年前,中国的超级计算机用户有一个神秘的“玻璃房”:美国人把一台超级计算机卖给中国,用不透明的玻璃包裹得严严实实,中国技术人员没有授权不得入内。
  北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院王兰宁教授至今记得这个中国土地上的“技术飞地”。“全国只有几个有授权的科学家能够进入玻璃房,而且是在美国人的监视下,一旦程序运行完,机器立即被锁回玻璃房。那个所谓的超算速度,在今天看来充其量是一台高性能电脑,但对于当时的中国来说,却是一个难以企及的高峰。”
  上世纪80年代,我国已逐步迈入独立设计和制造巨型机的国家之列,但却因核心处理器等关键部件与技术的短板只能受制于人,直接导致了我国虽是国外超级计算机“大买家”,却无法拥有匹配的“议价权”。
  步入“十二五”,在国家863项目重点支持下,我国超级计算发展不断取得突破。“天河二号”问鼎“六连冠”的同时,在全球超级计算机500强榜单上,中国制造的名单正越来越长,这引起了美国的警惕。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,目的就在于通过限售,锁死中国超算快速发展的脚步。
  正是这种封锁带来的激励,让我国下大力气研发全国产化的“神威”系列超级计算机,直至此次登顶国际榜单。
  由此,只有5厘米见方的薄块“申威26010”不仅成为“神威·太湖之光”的心脏,也成为我国自主研发打破30年技术封锁的一柄利器。25平方厘米的方寸之间,集成了260个运算核心,数十亿晶体管,达到了每秒3万多亿次计算能力。单芯片计算能力相当于3台2000年全球排名第一的超级计算机。
  杨广文说,关于是否应该自主研发核心处理器的争议一直存在,有人说做了这么多年没有做起来,干脆不要做了,“抱养”一个好了。还有声音说,引进、吸收、再创新的高铁模式就很好,为什么非要关起门搞自主生态?“如果没有坚持完全自主生态,没有搞十几年不行,再搞十几年的劲头,不可能有今天核心指标齐头并进的神威。”国家并行计算机工程技术研究中心副主任梁军说。
  从“六连冠”到首个十亿亿次 中国超算离世界之巅仍有差距

  超级计算机,被称为“国之利器”,是国家科技综合实力的体现,从高端材料,到生命科学和生物技术,再到深海探测、空间技术各领域,都离不开超算领域的支撑。这次好消息一出,有人认为中国超算从此“稳稳的”屹立世界之巅了。真的是这样吗?
  杨广文表示,不可否认,“神威·太湖之光”的成功,标志着我国超级计算机研制能力已位居世界领先水平,但在技术储备、系统稳定性方面与发达国家仍有明显差距。
  速度之争是超算领域最为直接的对决。与“天河二号”“六连冠”的辉煌相比,此次登顶的“神威·太湖之光”要想长期占据世界第一的地位变得异常艰难。去年7月,美国启动“国家战略计算计划”,目标是到2025年建造世界上运算最快的计算机。
  “未来五到十年,从每秒十亿亿次到每秒百亿亿次是超算发展的决胜之地。”国家并行计算中心的相关科研人员表示,虽然超算大国都在进行部署,但其中需要解决的技术关键环节非常多,以能耗为例,“神威·太湖之光”一年的用电量达到15兆瓦,相当于3个清华大学的用电量。以现有技术即使能够实现百亿亿次,能源消耗将十分惊人。
  更为关键的是,无论速度有多快,发展超算始终是为了“致用”,而这仍然是当前我国超算发展的短板。
中科院计算机网络信息中心研究员张鉴表示,我国利用超算系统解决问题的能力长期不足,相关商业应用软件仍为国外垄断,在软件研制、应用开发和人才培养方面还有待进一步提高。将“制好”优势转化为“用好”优势,才能真正实现对产业创新与升级的带动。
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