神威太湖之光成最快超算 不只是打臉美國禁運

文/maomaobear

6月20日，新一期全球超級計算機500強榜單公布，使用中國自主晶片製造的「神威太湖之光」取代「天河二號」登上榜首，中國超算上榜總數量也有史以來首次超過美國名列第一。

據國際TOP500組織當天發布的榜單，「神威太湖之光」的浮點運算速度為每秒9.3億億次，不僅速度比第二名「天河二號」快出近兩倍，其效率也提高3倍。

更重要的是，與「天河二號」使用英特爾晶片不一樣，「神威太湖之光」使用的是中國自主智慧財產權的晶片。

「神威太湖之光」由國家並行計算機工程技術研究中心研製，安裝在國家超級計算無錫中心。

此前，由中國國防科技大學研製的「天河二號」超級計算機已在TOP500榜單上連續六度稱雄，但是在2015年遭到美國禁售的干擾。

如今短短一年之後，中國自研的超級計算機就取得了計算能力第一的位置，令人歡欣鼓舞。

雖然，筆者早在一年前禁售的時候，就寫文章提過中國超級計算機行業的後手神威，但是短短一年就造出來大新聞還是挺出乎意料之外的。

這個神威太湖之光是怎麼冒出來的？它是怎麼做到世界第一的呢？這得從頭說起。

一、超級計算機的發展

計算機最早就是滿足人類高性能計算要求的，無論是第一台機械計算機(英國巴貝奇爵士設計，未最終完成)，還是第一台電子計算機Eniac，都是做科學計算和軍事用途用的。

當進入電子計算機時代之後嗎，計算機性能的擴展有兩條道路，一條的不斷改進位造工藝，提升晶片設計水平，把單個晶片設計的很強悍，提升性能。

還有一條道路是儘可能用比較多的機器並行，用多機機器一起運算來提升性能。

早期，超級計算機都是昂貴的高級貨，處理器是專門設計的，晶片組是配套的，甚至每根連接線都是定製的，成本極高。

而隨著PC和網絡的發展，人們發現追求強大的計算能力可以不那麼昂貴。

於是，人們開始嘗試用大批量生產的PC或者工作站來攢超級計算機。

若干台PC或者工作站通過網絡連接起來，把任務分給這些機器並行，然後返回，計算能力絲毫不弱於昂貴的專用超級計算機，於是傳統的超級計算機開始沒落。

這個時代出現了很多平民化的超級計算機，一個美國學校把MAC電腦湊成超級計算機，看似玩具的東西居然一度占據了TOP500超級計算機排行榜，甚至谷歌自己用的伺服器也是用這種辦法攢出來的。

而攢機有極限，人們發現，限制超級計算機能力居然是功耗，人們不能堆積太多的數量是因為功率和發熱限制，於是，IBM開發出藍色基因，不追求單個核心的高性能。

之後就是異構浪潮了，索尼為了提升PS3遊戲機的性能，聯合IBM搞了Cell處理器，這是異構計算的開始。

因為在計算任務中，有些任務是簡單的，不需要複雜的邏輯處理，只需要足夠的計算單元暴力計算，這樣處理器就可以設計成兩部分，一個簡單的運算核心，幾個強大的簡單計算單元，這就是Cell的思路。

而後來人們發現，這種簡單暴力計算GPU最擅長，於是就有了GPU通用計算。

中國在2009年搞出來天河一號超級計算機，就是就是CPU和GPU異構組成的超級計算機，一度排名世界第一。

百度搞人工智慧的計算機也是這種異構的超級計算機。

Intel也發展出「眾核架構」(MIC)的Xeon Phi協處理器。

並且獲得了天河2號的選用。

成為目前超級計算機的主流配置。

二、神威太湖之光是從哪來的？

在神威太湖之光上新聞之前，大多數人都對其一無所知。

不是這個項目歷史短，而是它太低調了。

關於國產CPU，大家熟知的是龍芯，騙經費的漢芯，而國產CPU裡面真正的高端其實是江南所的神威系列。

因為神威是軍方項目，所以各項信息沒有非常公開，其來源只有一個不太確定的傳說。

話說70年代，在Intel橫行天下之前，業界的明星是一家名叫DEC的公司，這家公司研發出小型機，把計算機普及到普通的商業機構，成為一代明星。

而當PC出現之後，這家公司開始研發高端產品，這就是Alpha系列處理器，當年IBM，惠普，SGI，SUN都研發自家的處理器，而Alpha算其中的佼佼者。

Alpha系列處理器經過幾代發展，有非常好的性能和大量前瞻性的設計。

無奈商用運作失敗，最終DEC被COMPAQ收購，而COMPAQ後來又與HP合併，Alpha系列也就被擱置起來。

就在此時，處理器方面極其落後的中國在國家還不富裕的情況下重金買下了Alpha的全套技術，準備開發國產的高性能處理器。

當時的國家主席江澤民親自題詞「神威」。

這就是神威的由來。

當年Alpha堪稱處理器的黑科技大全，它的EV6總線被AMD採用，開發出超過Intel的K7，這是AMD歷史上唯一一段性能領先Intel的時期。

Intel也沒有落後，Intel隨即開發出超線程技術（至今仍然在用），而超線程技術也是Alpha先搞起來的。

Alpha的21364甚至看到了未來眾核的趨勢，預留了方案。

要知道，Intel搞眾核已經差不多是Alpha消失後10年的事情了。

Alpha被中國買下之後，消化吸收改進創新，逐步發展出來神威系列處理器和超級計算機。

其實，早在2008年，神威已經搞出來神威1600處理器，這個16核心的神威1600在1.1ghz的時候，雙精度浮點運算能力是140.8G，i7 980xe 6核心在3.2ghz，雙精度浮點是107.55G。

i7的功耗是130W，神威1600的功耗是70W。

神威1600同樣集成了四路雙通道DDR3內存控制器和I/O，水平已經相當高了。

2011年的時候，神威曾經露了一小臉，有過一個叫神威藍光的超級計算機，進入了世界前十，而且只用了9個機櫃。

如果當年神威藍光要搞個大新聞，只要加到160個機櫃就可以當2011年的世界第一了，根本不用等到今天。

當時神威就已經提出來下一代要搞眾核，也就是今天太湖之光用的CPU。

因為當年Alpha21364已經考慮了128個核心眾核結構的通訊問題，所以神威新一代眾核產品也很順利。

如今，太湖之光出來，無論是性能還是功耗，效率都是世界第一，其實這是從1999年開始持續研發10多年的水到渠成。

三、太湖之光的意義

目前，太湖之光用的神威處理器工藝還是非常落後的，大約落後Intel兩到三代。

但是憑藉架構的優勢，太湖之光依然達到了頂級的運算能力。

如果未來中芯國際給力，追近Intel，那麼神威性能會更強。

不過，我們要知道，神威這種項目是給軍方研發的，用於高科技項目，編程是非常困難的，通用型也很差。

其他領域就是有授權使用，編程也會很困難。

所以這個世界第一的超級計算機不會有很高的利用率。

但是，這台計算機告訴世界，中國已經自己的超級計算能力，各種禁運就沒有必要搞了。

高科技軍事中國可以用自主的超級計算機算。

至於遊戲，動畫，金融，天氣……，IBM和Intel還是可以賣機器，賣處理器的。

非軍用領域，不僅僅要考慮性能，還要考慮生態和成本。

工具方便，開發簡單的東西效益更高。

這些領域用神威就太貴太麻煩了，效率也未必高。

2015年，美國還對中國搞禁運，不允許Intel出口高性能的協處理器。

說中國人用於軍事用途，用於核研究云云。

而神威太湖之光告訴美國人，這種禁運是脫褲子放屁，根本就沒有必要。

買你們的高性能處理器，協處理器是商用，軍用我們有更強的。

「敵人有的,我們要有,敵人沒有的,我們也要有。

」這是毛主席說的，神威做到了。