被美國禁售的超算晶片,這家企業突破封鎖研發成功,登頂全球第一

2019-09-10     胖福的小木屋

在現代軍事發展中,超級計算機是不可或缺的設備。

超級計算機是指能夠執行一般個人電腦無法處理的大量資料與高速運算的電腦。

就超級計算機和普通計算機的組成而言,構成組件基本相同,但在性能和規模方面卻有差異。超級計算機主要特點包含兩個方面:極大的數據存儲容量和極快速的數據處理速度,因此它可以在多種領域進行一些人們或者普通計算機無法進行的工作。

超級計算機是衡量一個國家綜合國力和科技發展水平的重要指數之一,為什麼呢?因為在各大領域,都需要運用到超級計算機。

在軍事領域最重要的一項就是模擬核試爆,如何在國際上保證自身的戰略威懾能力,只有研發新一代更高效的核武器才能做到,但開發新一代核武器,必須有大量的實測數據來支撐,而1996年9月24日在簽署《全面禁止核試驗條約》之後,繼續試爆核武器是不可行的。

那如何獲取實驗數據呢?這時,就是超級計算機出場的時候。因為有著無與倫比的計算速度,超級計算機可以模擬核武器試爆,提供大量無限接近於實際數據的實驗數據,模擬各種爆炸環境,為核武器開發鋪平道路。這項技術全球只有寥寥幾個國家掌握。這些國家不需要再進行真實的核爆炸,只需通過高性能計算機的模擬試驗,就能得到和真實的核試驗一樣的數據,

據美國《國會山報》28日報道稱,據中國工程物理研究院統計,2014年9月至2017年12月,中國進行了200次核試驗,也就是月均5次。中國正在開發一種近距離戰爭使用的戰術核武器。而這都要依賴運算速度更快的超級計算機來進行更為精密的模擬核試驗。

除此之外,現代武器裝備,特別是科技含量高的武器裝備,設計製造過程基本都離不開超級計算機進行模擬。

因為高新技術武器。為讓它們適應險惡的戰場環境,在複雜的野戰條件下安全行駛,必須進行顛簸、碰撞和抗打擊等性能的研究,而超級計算器進行模擬實驗,對武器進行最快速的調整。還有戰機和艦艇。需要進行複雜空氣力學和流體力學的實驗和分析,這都需要搜集眾多數據和精細建模,並進行大量的數學運算、模擬仿真和優化處理。例如某型高超音速跨大氣層反艦武器的氣動布局設計、某型高超音速無人偵察機氣動計算、新一代分導核彈頭相關計算工程等等,

除此之外,在軍事領域還廣泛應用於戰爭設計和模擬、情報獲取和分析等。

所以說超算是一個國家綜合實力的體現,不僅在國防科技,航天衛星等領域發揮重要作用,其次它會在諸如氣象,物理,探測等領域顯現出它的優勢。料科學與計算納米技術、人工智慧、深入學習、生物醫藥、基因工程、金融分析等新興領域超算也發揮著重要的作用,在未來的 5G 時代,超算將發展為共享伺服器雲計算的形式,發揮它極強運算速度和大批量數據處理的優勢。

1975 年開始,經過 8 年漫長的研製,「銀河一號」終於誕生。此後,經過曙光系列十幾年的疊代升級,到 2009 年,「天河一號」終於誕生了,這是我國首台千萬億次超級計算機,也是繼美國之後第二能夠研製千萬億次超級計算機的國家,可以說打破了美國的長期壟斷。

2010年,在最新全球超級計算機500強排行榜,經過技術升級的中國「天河一號」二期系統(天河-1A)雄居首位。

而在2013年國際超級計算大會,「天河二號」的誕生又再次擠入了全球第一梯隊,排名TOP500第一,穩固了中國在超算領域的地位,而這引發了美國的憂慮。

2015年4月份美國政府宣布制裁中國四家超算中心以及國防科技大學,禁止Intel等美國公司向中國出口高性能計算晶片,理由是中國的超算涉嫌用於核爆試驗。

當時中國的「天河二號」使用的就是Intel Xeon E5處理器及Xeon Phi加速卡,美國的禁令封殺了中國繼續獲得Intel高性能晶片的可能。

而這並沒有阻止中國研發超算的決心,早在被禁售之前,無錫江南計算技術研究就已經預料到美國會阻止中國超算的發展,所以開始自研處理器。

無錫江南計算機研究所並沒有選擇英特爾的X86架構,因為擔心會被英特爾掐脖子,也同樣沒有選擇ARM、MIPS、RISC—V這三大主流架構。

在暫時還沒有辦法自研架構的情況下,無錫研究所選擇了非主流的DEC公司的Alpha 21264指令集,DEC當年在處理器市場也曾叱吒風雲,AMD的K7架構就有部分技術源於Alpha架構,AMD之前的CEO德克·梅爾(Dirk Meyer)就來自DEC公司。

而無錫研究所選擇它的原因是因為如今的DEC已經日薄西山,Alpha架構也早就不再更新了,而且過了專利期限,即使無錫研究所使用,也不用擔心被停止授權。

無錫研究所利用DEC ALPHA 21164A EV-56架構在2010年成功研發了申威SW1600處理器,使用65nm工藝,16個RISC 64位核心,頻率在975MHz到1200MHz之間,1.1GHz頻率下浮點性能140.88GFLOPS。

而搭載申威SW1600處理器的神威藍光計算機成為國內首個全部採用國產中央處理器(CPU)和系統軟體構建的千萬億次計算機系統,其意義不言而喻,中國成為繼美國日本之後成為第三個採用自主CPU構建千萬億次級超級計算機的國家。

而神威藍光與美國還有很大的距離,所以在被美國禁售之後,無錫研究所加緊研製,不再使用Alpha架構,而是自己研髮指令集,這是專為高性能計算研發的指令集。在自研指令集上終於研發成功了申威SW26010。

申威SW26010是中國首個採用國產自研架構且性能達到世界一流的計算機晶片。

SW26010採用260核心眾核架構,亂序執行架構,頻率1.45GHz,整個處理器包括4個MPE(Management Processing Element)管理單元、4個CPE(Computing Processing Element)計算單元及4個MC內存控制器單元組成,其中CPE單元又由8x8陣列的64核心組成,所以總計是260個核心(4x64 4=260)。

與其他國產處理器相比,申威系在性能上完全走在了前列,在世界範圍內都是靠前的,SW26010的理論浮點性能高達3TFLOPS,SW26010可以直接訪問主存,因此在實際使用效率上不見得就會比intel phi低多少,並且某些應用場合甚至可能大幅度超過intel。

其單晶片處理性能相當於3台2000年全球排名第一的超級計算機的性能總和。

申威26010處理器結構

2016年6月20日,搭載了申威SW26010的神威·太湖之光毫無疑問拿下來全球超級計算機第一的位置,並且實現了4連冠,神威·太湖之光更是世界上首台峰值計算速度超過十億億次的超級計算機,其峰值計算速度達每秒12.54億億次。

當然了,神威·太湖之光不僅有強悍無比的硬體,更有神通廣大的作業系統支持。它採用了國產系統神威睿思(RaiseOS 2.0.5),基於Linux開原始碼,神威睿思作業系統主要應用於高性能計算與安全兩個領域。

中國芯申威26010眾核處理器可以說真正填平了與美國在超算領域的差距,擺脫了我國超算核心晶片長期依賴進口的局面,運行之中,自主系統軟體、自主算法編輯。神威·太湖之光上有三個應用獲得了戈登·貝爾獎,這是超算應用中最具含金量的獎項了,可以說實現了零的突破。

在軟體應用上,神威·太湖之光超算上有三個應用獲得了戈登·貝爾獎,分別是中科院軟體所與清華大學、北師大合作的「全球大氣非靜力雲分辨模擬」;國家海洋局海洋一所與清華大學合作的「高解析度海浪數值模擬」;中科院網絡中心的「鈦合金微結構演化相場模擬」,在這3項應用中已經有2項的性能達到了30-40 PFLOPS,占了整個性能的近一半。

國家863計劃「高效能計算機及應用服務環境」重大項目總體專家組組長錢德沛教授稱「中國的『超算』確實是走過了一條超常規發展之路。按照國際常規,20年計算速度提高100萬倍,而我們在過去20年里,『超算』運行速度提高了5000多萬倍。」

「禁運促進了我們在『超算』領域的自主研發。」

如今,超級計算機已經發展到了一個關鍵節點,正在向 E 級超算進發。E 級超算是指每秒可進行百億億次數學運算的超級計算機,被全世界公認為「超級計算機界的下一頂皇冠」。

美國也意識到如果不能在 E 級超算上領先中國,那麼中國在高新技術的發展上將會逐漸加快,並且在軍事領域的研發有了 E 級超算的助力,將會如虎添翼。

無錫江南計算技術研究所的下一代神威E級原型機在 2017 年就在山東濟南開工建設,2018年5月30日,神威E級原型機已經竣工投用,2020年將完成研製部署。

美國能源部此前已宣布將建造「極光」和「前沿」2台E級超算,其浮點運算速度將分別超過每秒100億億次和150億億次,預計在2021年交付,而目前,美國的E級超算原型機還沒有出來,我國已經有三台E級超算原型機已經交付。

神威E級使用的正是申威研發的新一代申威26010+眾核處理器,是現在太湖之光超算上的申威26010處理器的升級版。除此之外,高速互連網絡系統全部採用申威網絡交換晶片、申威消息處理晶片,這些關鍵部件均具備完全自主智慧財產權。存儲和管理系統由申威多核處理器構建,實現對該領域產品的全國產化替代。

讓我們也期待搭載了全新自研國產超算晶片的神威E級可以再次實現對美國的超越!

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-tw/4pgsGm0BJleJMoPMpmI4.html