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全球超算榜中国凭啥辗压美国?“太湖之光”四连冠探秘

人民日报中央厨房   

2017-11-15 22:17

大江东

当地时间14日下午5点15分(北京时间15日上午9点15分),美国丹佛,全球超算大会公布第50期“全球超算500强”名单,中国的“神威·太湖之光”超级计算机以每秒12.5亿亿次的峰值计算能力、每秒9.3亿亿次的持续计算能力,再次斩获世界超算排名榜单第一名;中国的“天河二号”获榜眼。

大江东工作室的东哥一闻此讯,莫名兴奋,赶紧去探:这“太湖之光”得有多牛啊——国家超级计算无锡中心主任杨广文却云淡风轻:这不算啥新闻啊,咱都第四次夺冠了。其实,牛上加牛的是,咱景仰的大神级项目,这位“冠军”都默默助力过:C919大飞机、南海造岛、“天宫”系列、“人造小太阳”……

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国家超级计算无锡中心的“神威·太湖之光”超算系统连续第四次全球折桂。图为颁奖现场。    段芳芳摄

世界超算新格局:短短半年,中国全面逆袭美国,数量、性能双双称冠,美国被挤出前五名。

国际TOP500组织在其官方网站“TOP500”以“在最新全球超算500强榜单中,中国超越美国”为题,分析了超算发展新格局。中国上榜超级计算机系统以202台超越美国的143台,这也是该榜单发布以来中国超算占比最高的一次,也是美国占比最低的一次。

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“在最新的全国超算500强名单中,中国超越美国”——国际500强组织官方网站文章截图

文章写道,6个月之前,美国超算系统数量为169台,而中国是160台。六个月中,中国超算猛增26%,美国则少了15%。排名第三的日本仅仅35台,之后是德国20台、法国18台、英国15台。

更关键的是,中国的强势不仅是数量,性能也是第一,已占总体的35.4%,比美国高出5.8个百分点,半年前,中国还比美国落后2.2个百分点。

这次榜单的前十名变化很小。

第三名是瑞士的Piz Daint(代恩特峰),持续计算能力为1.96亿亿次每秒。

美国连续两次未入围前三甲,日本的Gyoukou(晓光)排名第四,美国的Titan(泰坦)被挤到第五名。

  日本Gyoukou(晓光)超算的持续计算能力为1.91亿亿次,超越美国Titan(泰坦),进入前四。美国Trinity是第七名,采用Intel Xeon Phi 7250 68核心处理器,最大性能1.41亿亿次。史上第一次,TOP10的性能全部超过1亿亿次,排名第十的日本K也达到了1.05亿亿次。前十名中,中国两席、美国四席、日本三席、瑞士一席。

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第50期全球超算500强前5强一览图。截图来自国际500组织官方网站

“神威·太湖之光”到底有多神:首次完全使用“中国芯”,集运算控制核心与运算核心于一身

东哥自然要一睹冠军“神威·太湖之光”的真面目。这位“冠军”出身江苏无锡市蠡园经济开发区的国家超级计算无锡中心,“住房”有1000平方米,由40个运算机柜和8个网络机柜组成的超算系统,就是它的身胚。

打量了一下,每个运算机柜比家用双门冰箱略大,打开柜门,4组由32块运算插件组成的超节点分布其中。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。难怪“冠军”的运算速度如飞啊!

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  “神威·太湖之光”超级计算机组。图片由国家超级计算无锡中心提供。

杨广文打了个比方,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;用2017年生产的主流笔记本电脑或个人台式机作参照,它相当于200万台普通电脑。

  芯片一直是中国超算人的痛。让杨广文骄傲的是,这个世界第一的超级计算机采用的中央处理器,是自主设计生产的国产芯片——“申威26010”众核处理器。

  首次夺冠时,国际TOP500组织这样评价:“中国在国际TOP500组织第四十七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、制造的处理器而打造的新系统。”

  杨广文用一串术语把东哥侃晕了:这款具有独特性的处理器,采用片上融合的异构众核体系结构,以及具有自主知识产权的指令集和完整的配套软件生态系统。该处理器采用64位自主申威指令系统,峰值性能3.168万亿次每秒,核心工作频率1.5GHz。“神威太湖之光”里安装有40960个这样的处理器。

好吧,通俗点儿,这个芯片啥最牛?杨广文说,具体说来,图形处理等芯片过去都采用插卡形式,会造成几个问题:第一,组装规模大,费电。第二,PCE作为通信接口,造成瓶颈。而这个芯片把运算控制核心与运算核心做在一个芯片内,把两个问题都解决了。

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图为申威芯片。图片来自新华网。

除了芯片,作为一个超算系统,“神威·太湖之光”在体系结构、高速互联、系统软件等关键技术都实现了前所未有的创新和突破,性能有跨越式发展,并构建了从编译器、操作系统、开发环境到应用平台较为完善的软件生态链,针对硬件做了性能的优化,确保性能的发挥、节能水平的利用。“可以说,这是一台完全国产的超算。”

神速的超算,体现国家科技实力:分析云图,南海造岛,2017年“戈登·贝尔奖”入围论文三篇有其二

国家超级计算无锡中心副主任、清华大学副教授付昊桓说,超级计算是基础工程,是一个国家科技实力体现,在科学与工程领域应用最早、最广泛,应用效果最显著,已同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个支柱。

“应用上来了,才能真正发挥超算能力。”杨广文说。“冠军”很忙很敬业,据统计,“神威·太湖之光”一年来利用率超过50%,累计拥有几百项应用课题。

这位“冠军”的出没很跨界,堪称全能,应用涉足气候、航空航天、先进制造、新材料等19个方面,支持国家重大科技应用、先进制造等领域解算任务几百项——既有代表未来“黑科技”发展方向的研究领域,比如“人造小太阳”,也就是核聚变发电的相关理论与实验方面的模拟;也有在重大工程领域的项目,比如C919大飞机多种飞行状态的模拟,以及天宫系列航天飞行器的飞行状态模拟;还有与老百姓生活相关的动画制作,山东一家公司在用“冠军”的超强能力进行动漫制作,不仅动漫渲染效果更逼真,还能大幅缩短制作周期。“未来很有可能看到依托‘神威·太湖之光’运算能力制作的国产动画大片!”杨广文说。

国家超算无锡中心还在考虑如何服务地方经济。“江苏是制造业大省,如何帮助制造业实现创新,是我们考虑的重要应用方向。”杨广文说,他们或将建成江苏省一个产业科技创新中心。目前,中国制造业大部分应用软件都是国外商用软件,这方面无锡中心也在布局,例如与远景能源展开格林威治智慧风场平台建设,同时在汽车制造业、船舶制造、新药研发等方面开展研究。

因为“冠军”的应用能力太牛,除硬件之外,又很有可能获颁一个大奖——“戈登·贝尔奖”。10月24日,这项国际高性能计算应用领域最高奖公布今年入围的名单,3篇论文中两篇来自中国,分别是基于“神威·太湖之光”的“千万亿次级气候建模性能的CAM-SE”和“15-Pflops非线性地震模拟实现10Hz场景描述”。在当地时间11月16日在美国丹佛举办的全球超级计算大会(SC17)上,将正式公布谁将获这一世界高性能计算应用领域最高殊荣——东哥是很想预祝一下……值得期待!毕竟这是被誉为“超级计算应用领域的诺贝尔奖”呢!

补充个背景:2016年11月17日,在美国盐湖城召开的全球超级计算大会(SC2016)上,由中科院软件所杨超和清华大学计算机系薛巍、地球系统科学研究中心付昊桓等共同领导的团队所完成、运行于神威太湖之光的应用 “千万核可扩展大气动力学全隐式模拟”获得戈登·贝尔奖,实现了该奖创办30年来我国在此大奖上零的突破。

今年能不能蝉联呢?过两天就能揭锅啦,倒计时开启……(人民日报中央厨房·大江东工作室 王伟健)

责编:孟晨

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