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你可能喜欢在sc16上最新公布的top500榜单中，突然杀出来的纯国产超算神威太湖之光（Sunway TaihuLight）达到了93P的linpack值，登顶榜单第一！并且中国拥有的超算数量首次持平美国！看到回答中有提到神威蓝光和DEC alpha的，印象中alpha是因为内存模型太弱而退出市场的？不知道就太湖之光的架构方面以及跑Linpack以外的实际应用能力，懂行的同学有什么更多的看法呢？intel那种通常架构上跑的应用方便移植吗，移植之后可能的性能情况？愿国内超算的未来更美好！！！
本次中国超级计算机“神威·太湖之光”问鼎TOP500榜首，让无数中国人热血沸腾，相信很多人在激动的同时都会产生一个相同的问题，TOP500究竟是什么鬼？难道是超级计算机届的奥运会？其实，国际TOP500组织是一个具有较长历史的用于发布全球已安装超级计算机系统排名的权威机构，以超级计算机基准程序Linpack测试值为序进行排名，每年发布两次，其目的是促进国际超级计算机领域的交流和合作，促进超级计算机的推广应用。张云泉介绍说，TOP500世界超级计算机排行榜最早可由德国慕尼黑大学的汉斯教授在1993年发起，每年发布两次，至今已有23年的历史，刚刚落幕的法兰克福世界超算大会（ISC）上已经是第47届。图1 “神威·太湖之光”问鼎TOP500榜首图1 “神威·太湖之光”问鼎TOP500榜首此外，TOP500排行榜的发布场合也是国际权威。TOP500组织每年发布两次超级计算机排名情况，分别是在德国举办的世界超算大会（ISC）和在美国举办的世界超算大会（SC），代表着超级计算机的国际水平，同时也是各国超级计算机领域发展水平的标杆。除了历史悠久、发布场合权威，TOP500排行榜采取的评审标准也是业界公认的权威标准，也就是根据超级计算机基准程序Linpack测试值进行排序。张云泉解释说，Linpack现已经成为国际上最为流行的用于测试高性能计算机系统浮点性能的benchmark（基准点）。通过超级计算机求解N元一次稠密线性代数方程组的测试，从而评价高性能计算机的浮点性能。这也是一个公开客观的评审标准，其评审结果是得到业界广泛认可的。如果说奥运会是人类挑战生理极限的平台，那么世界超算大会（ISC）则是人类借助计算机挑战运算极限的阵地。所以，“神威·太湖之光”问鼎TOP500榜首也是对于中国超级计算机领域发展成果的肯定，让中国制造再次登上了国际舞台。图2 TOP500组织标志三招“必杀技”：中国超算显神威超级计算机新科世界冠军——“神威·太湖之光”位于江苏省国家超级计算无锡中心，它是一套非常宏大的计算机系统，由四十余个高度集成的机柜组成，是名副其实的“最强大脑”。那么作为世界上最快的超级计算机，“神威·太湖之光”一举拿下TOP500冠军的过人之处有哪些？张云泉为我们进行了解读，“必杀技能”有三招。第一招——速度较量，唯快不破。张云泉表示，“神威·太湖之光”的峰值运算速度已经达到了每秒12.54亿亿次，其一分钟的计算能力相当于全球72亿人口同时用计算器连续不间断计算32年，这是全球第一台运行速度超过10亿亿次/秒的超级计算机。同时，其持续计算速度达到了每秒9.3亿亿次，是此前的世界冠军“天河二号”的3倍，是目前世界上持续计算能力最强的超级计算机。在超级计算机基准程序Linpack测试中，“神威·太湖之光”仅用4小时就完成了“天河二号”20多个小时才能完成的运算任务。也就是说，“神威·太湖之光”的运算速度和计算能力都“完胜”此前的“天河二号”，这个世界冠军实至名归。图3 “神威·太湖之光”性能参数第二招——最强大脑，中国芯。“神威·太湖之光”之所以拥有世界最快运行速度，当然还要归功于其强大的硬件支持。张云泉介绍说，超级计算机主要是依靠提高并行度和设备的规模来提升计算速度，“神威·太湖之光”拥有超过1000万个处理器核，远远超过天河二号的300多万个，从而极大地提升了其运算规模和并行度。更加令人振奋的是，“神威·太湖之光”是首次完全用“中国芯”制造的中国最强大的超级计算机，此前“天河二号”使用的是英特尔至强处理器和Xeon Phi协处理器。作为“最强大脑”的“中国芯”，“申威26010”众核处理器这个只有5厘米见方的小小薄块，它集成了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。40960个“中国芯”同时工作，让“神威·太湖之光”登上了世界计算巅峰。图4 申威26010众核处理器第三招——绿色节能，又快又省。“神威·太湖之光”的功耗比达到了每瓦60.51亿次，在运行速度和持续计算能力均大幅提升的同时，其功耗不升反降，成为世界上计算能力最强但是最绿色环保的超级计算机。张云泉表示，以前TOP500的超级计算机，其功耗都比较大，而“神威·太湖之光”的持续性能和功耗比两项均属世界排名第一，并且远远地大幅领先其他超级计算机，这也体现出我国在超级计算机研制领域，不单单追求以“快”取胜，并且在自主可控、持续性能和绿色指标等综合性能方面都取得了突破性的进展，并且达到了新的高度。超算用途广：比名次更重要的是造福人类人类在体育竞技中，挑战生理极限的同时，更多的是获得精神上的激励与鼓舞，而作为超级计算机领域的“奥运会”，登顶TOP500榜首不是最终目的，造福人类才是“神威·太湖之光”的终极使命。超级计算机在能源、航天、生物制药等领域已经有了丰富而卓有成效的应用，截至目前，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。截至目前，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。张云泉介绍说，2016年度戈登贝尔奖来自全球的6个提名中，“神威太湖之光”就占了3个，分别涉及大气、海洋、材料三个领域的应用。而戈登贝尔奖作为计算机高性能应用领域的最高荣誉，一直有超算领域的诺贝尔奖之称，“神威·太湖之光”的出现有望实现我国在这个奖项上零的突破。图5 中科院计算所张云泉研究员超级计算机，被称为“国之重器”，超级计算属于战略高技术领域，是世界各国竞相角逐的科技制高点，也是一个国家科技实力的重要标志之一。自我国863计划实施以来，国家高度重视并且支持超级计算系统的研发，但由于基础薄弱起步较晚，在国际舞台中一直受制于人，美国更是在2015年宣布对我国禁售高性能处理器。而“中国芯”“申威26010”的问世，也成为我国自主研发打破30年技术封锁的一柄利器。“神威·太湖之光”勇夺榜首，可以说为我国超级计算机领域的发展打了一剂强心针。（本文由科普中国融合创作出品，张云泉、武瑞雪制作，中国科学院计算机网络信息中心监制，“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。）科学大院ID：kexuedayuan从此，爱上科学~ (二维码自动识别)扫一扫二维码，即刻关注转载授权、合作、投稿事宜请联系
白天看到这个消息非常振奋，当即就去找导师汇报！&br&&br&我：“中国造了一台新超算，100PFlops！”&br&&br&导师的第一反应是：“功耗多少？”&br&&br&我：“15MW”&br&&br&导师：“Holy sh*t!”&br&&br&我：“他们没用 Intel 的芯片。”&br&&br&导师：“oh that makes sense”&br&&br&我也不是黑 Intel，但实在是x86架构的历史包袱太重了，想要实现 性能/功耗比的重大提升，这是一个迈不过去的坎。 我在 &a href=&/question//answer/& class=&internal&&如何看待 19 岁少年想做出在目前 Intel 同等计算性能下降低 80% 功耗的全新电路系统芯片？ - Sean 的回答&/a& 这个回答中就提到过，Rex Computing 的人在做的事之一就是砍掉Cache，用 Scratch Pad Memory 取而代之。而在太湖之光的众核架构中的大量 Slave core里面，采用了同样的思路，只保留了instruction cache。data cache用Scratch Pad Memory代替，避免了众核情况下的cache coherence带来的大量性能和功耗浪费。（Master core 里面有正常的Cache），我觉得这是太湖之光实现高性能/功耗比的一个重要原因。 而且Slave core只支持user mode，于是我猜测它在TLB上面应该也有精简。但目前 SW26010 芯片还没有详细的文档资料，所以这点我也只能猜测。&br&&br&至于采用众核架构，可以说是大势所趋，美帝一些新的系统用的也是Intel的众核Knights Landing芯片，据说性能也很不错。&br&&br&至于指令集，Jack Dongarra在他的报告里特意强调和Alpha的指令集没有关系，所以哪怕神威前几代芯片和Alpha 有渊源，但这次应该真没有。。&br&&br&然后更令我惊喜的是不光系统搭起来跑了Linpack，而且还有三项应用入围了Gordon Bell奖的最终名单 （这个算是超算界最厉害的奖了）。充分说明太湖之光已经形成战斗力了啊！&br&&br&最后冷静下来谈一谈不足之处： HPCG的跑分。为什么HPCG跑分重要？因为它比Linpack更接近真实应用的场景，更能体现出内存系统的瓶颈。用一个汽车的比喻来讲，Linpack的跑分更像是汽车的百米加速指标，而HPCG更像是到真实的赛道上去跑——这时候就不光是加大马力就能行的了，操控性等其他因素也很重要。&br&&img src=&/e2b8c48cacc8b49939d64_b.png& data-rawwidth=&810& data-rawheight=&365& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&810& data-original=&/e2b8c48cacc8b49939d64_r.png&&&br&太湖之光在HPCG的测试下只达到了它0.3%的峰值性能，总的算下来还不如天河二号。说明其在 memory 和 network 的性能上存在很大的瓶颈。这其实还是挺不乐观的。&br&&br&最最后还是不要掉以轻心，美帝这边正在奔着exa-scale （1000 Pflops) 努力，计划在2023年拿出性能达到exa-scale，功耗小于20MW 的超算。（美帝目前没有建造类似天河二的系统很大程度上是因为功耗的限制，放眼望去基本都是10MW 以下的） 眼前就有GPU带来的变革，DARPA 为此也投资了不少黑科技的项目， 而且这个新闻一出，估计跟国会要钱更容易了…… 革命尚未成功，同志仍需努力啊！
白天看到这个消息非常振奋，当即就去找导师汇报！我：“中国造了一台新超算，100PFlops！”导师的第一反应是：“功耗多少？”我：“15MW”导师：“Holy sh*t!”我：“他们没用 Intel 的芯片。”导师：“oh that makes sense”我也不是黑 Intel，但实在是x86…
嗯，终于有 &a data-hash=&8d5d2bab8013fff8bec92c6140fdd9da& href=&///people/8d5d2bab8013fff8bec92c6140fdd9da& class=&member_mention& data-editable=&true& data-title=&@Sean& data-tip=&p$b$8d5d2bab8013fff8bec92c6140fdd9da&&@Sean&/a& 出手了，这个题目才算有价值的回答。&br&还有 &a data-hash=&db9219abdd& href=&///people/db9219abdd& class=&member_mention& data-editable=&true& data-title=&@zodism& data-tip=&p$b$db9219abdd&&@zodism&/a& 转帖的部分也很有意思。他自己写的部分是车轱辘话不看也罢。&br&&br&超算冲榜，如果靠本国自研制的&b&消费级CPU&/b&，不管是自有指令集和架构，还是仿制x86，继承Alpha的遗产，还是复活MIPS，甚至是借力ARM &b&ISA&/b&，我个人认为 3-5 年内，都比较难有突破性的作品出现。&br&&br&但是如果做流式的处理器或者是many cores那是有希望的。这一类产品的好处就是可以根据需求，调整控制和计算单元的配比，设计更高效的IO体系。这点我非常同意 Sean 的看法，On-chip local memory因为没有同步问题，协议简单可以针对特定应用，在较少面积较低功耗的情况下，做到很好的Bandwidth/Latency，是超算的一个方向。&br&&br&事实上，以消费级芯片为计算核心的超算设计时间并不长。&br&&br&&img src=&/14bb6536d18fbecf36b4eeca_b.png& data-rawwidth=&1179& data-rawheight=&838& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1179& data-original=&/14bb6536d18fbecf36b4eeca_r.png&&&br&x86-64主打的Supercomputer是从03年才开始的，IBM现在的Power芯片也都和消费级芯片区别不大。更早之前往往都是大型机的历史。&br&&br&消费级芯片集群占据超算主流，主要是因为，&br&&br&0. 消费级芯片性能的迅速提升&br&1. 这一等级芯片的巨大产量带来的廉价芯片&br&2. 节点上成熟的软件体系&br&3. 节点易于复用&br&&br&但是一旦节点数量增长到一定限度，单芯片性能本身遇到瓶颈的时候，整体功耗和极为复杂的节点互联带来的可扩展性就开始成为了问题。大家都看到这个问题，但是消费级芯片的灵活性和软件的完备性又不是说替代就替代的。有同学认为，支持了 OpenACC 和 OpenMPI 就没有软件问题了，这完全是一厢情愿的美好愿景。&br&&br&在可以预测的将来，超算应该会朝着异构集群的方向发展，在满足灵活性和软件适应性的情况下，对特定应用寻求更高的性能和性能功耗比。&br&&br&现阶段能见到的方案就有（感谢评论栏中 李发 的提醒）：&br&&br&&ol&&li&同构：京（K Computer）&/li&&li&异构：&br&&/li&&ol&&li&从设备：GPU&/li&&ol&&li&主-从片内通讯：目前还没见到过，也许以后AMD的hUMA会出超算？&/li&&li&主-从片间通讯：天河1，Titan（AMD Opteron + Tesla）&/li&&/ol&&li&从设备：Slave Cores&/li&&ol&&li&主-从片内通讯：神威，下一代Phi Cores&/li&&li&主-从片间通讯：天河2（Xeon + Phi）&/li&&/ol&&/ol&&/ol&&br&这些体系各有各的优势。&br&论易用性和软硬件成熟度，同构高于其它，片间通讯又要比片内的主从结构方便一些（这个并不绝对），Many Cores比GPU方便一些。但是可并行的计算密集型应用的话，片内通讯的CPU+GPU最经济。&br&&br&所以神威现在于Linpack上的领先地位，我个人认为更多是来自于代际不同。&br&这是一个非常好的起点，起码以后中美在做Exa级别的架构、互联、应用上已经是同场竞技了，这点从中美两国超算建设的Roadmap上就能看出来。而且做个大胆的预测，除非以后光路计算机得到广泛应用，否则即便是量子计算机出现，超算也不会跳脱现有的异构体系，新体系很可能是未来数十年的基础。&br&&br&但是这个代际之间的转换并不是免费的，牺牲了HPCG换来了Linpack，牺牲了一些Master换来了一大批Slave。这就意味着现有的设计，总是会在一些场景下不如以前。&br&对于神威的军方背景，面临的问题相对单一。以核爆模拟为主的计算，Linpack对他们来说或许是最合适的测试，这一点Gordon Bell提名是个非常有利的支持证据。&br&&br&但是对民用超算而言，场景更加复杂多变。这时应当能见到很多来自于Master的瓶颈。所以要想有更加强力的民用超算，消费级/通用 CPU 还有待继续发展。&br&&br&&b&而天河和神威，也应该是一对互补的超算系统，分别适用于不同的应用场景，在各自的领域他们都是最顶级的计算设备。撇开场景直接将指标相比较，是不太合适的。&/b&
嗯，终于有
出手了，这个题目才算有价值的回答。还有
转帖的部分也很有意思。他自己写的部分是车轱辘话不看也罢。超算冲榜，如果靠本国自研制的消费级CPU，不管是自有指令集和架构，还是仿制x86，继承Alpha的遗产，还是复活MIPS，甚至是借力A…
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