被美国禁售的超算芯片,这家企业突破封锁研发成功,登顶全球第一
2019-09-10 14:00:24
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来源:胖福的小木屋-头条号

在现代军事发展中,超级计算机是不可或缺的设备。

超级计算机是指能够执行一般个人电脑无法处理的大量资料与高速运算的电脑。

就超级计算机和普通计算机的组成而言,构成组件基本相同,但在性能和规模方面却有差异。超级计算机主要特点包含两个方面:极大的数据存储容量和极快速的数据处理速度,因此它可以在多种领域进行一些人们或者普通计算机无法进行的工作。

超级计算机是衡量一个国家综合国力和科技发展水平的重要指数之一,为什么呢?因为在各大领域,都需要运用到超级计算机。

在军事领域最重要的一项就是模拟核试爆,如何在国际上保证自身的战略威慑能力,只有研发新一代更高效的核武器才能做到,但开发新一代核武器,必须有大量的实测数据来支撑,而1996年9月24日在签署《全面禁止核试验条约》之后,继续试爆核武器是不可行的。

那如何获取实验数据呢?这时,就是超级计算机出场的时候。因为有着无与伦比的计算速度,超级计算机可以模拟核武器试爆,提供大量无限接近于实际数据的实验数据,模拟各种爆炸环境,为核武器开发铺平道路。这项技术全球只有寥寥几个国家掌握。这些国家不需要再进行真实的核爆炸,只需通过高性能计算机的模拟试验,就能得到和真实的核试验一样的数据,

据美国《国会山报》28日报道称,据中国工程物理研究院统计,2014年9月至2017年12月,中国进行了200次核试验,也就是月均5次。中国正在开发一种近距离战争使用的战术核武器。而这都要依赖运算速度更快的超级计算机来进行更为精密的模拟核试验。

除此之外,现代武器装备,特别是科技含量高的武器装备,设计制造过程基本都离不开超级计算机进行模拟。

因为高新技术武器。为让它们适应险恶的战场环境,在复杂的野战条件下安全行驶,必须进行颠簸、碰撞和抗打击等性能的研究,而超级计算器进行模拟实验,对武器进行最快速的调整。还有战机和舰艇。需要进行复杂空气力学和流体力学的实验和分析,这都需要搜集众多数据和精细建模,并进行大量的数学运算、模拟仿真和优化处理。例如某型高超音速跨大气层反舰武器的气动布局设计、某型高超音速无人侦察机气动计算、新一代分导核弹头相关计算工程等等,

除此之外,在军事领域还广泛应用于战争设计和模拟、情报获取和分析等。

所以说超算是一个国家综合实力的体现,不仅在国防科技,航天卫星等领域发挥重要作用,其次它会在诸如气象,物理,探测等领域显现出它的优势。料科学与计算纳米技术、人工智能、深入学习、生物医药、基因工程、金融分析等新兴领域超算也发挥着重要的作用,在未来的 5G 时代,超算将发展为共享服务器云计算的形式,发挥它极强运算速度和大批量数据处理的优势。

1975 年开始,经过 8 年漫长的研制,“银河一号”终于诞生。此后,经过曙光系列十几年的迭代升级,到 2009 年,“天河一号”终于诞生了,这是我国首台千万亿次超级计算机,也是继美国之后第二能够研制千万亿次超级计算机的国家,可以说打破了美国的长期垄断。

2010年,在最新全球超级计算机500强排行榜,经过技术升级的中国“天河一号”二期系统(天河-1A)雄居首位。

而在2013年国际超级计算大会,“天河二号”的诞生又再次挤入了全球第一梯队,排名TOP500第一,稳固了中国在超算领域的地位,而这引发了美国的忧虑。

2015年4月份美国政府宣布制裁中国四家超算中心以及国防科技大学,禁止Intel等美国公司向中国出口高性能计算芯片,理由是中国的超算涉嫌用于核爆试验。

当时中国的“天河二号”使用的就是Intel Xeon E5处理器及Xeon Phi加速卡,美国的禁令封杀了中国继续获得Intel高性能芯片的可能。

而这并没有阻止中国研发超算的决心,早在被禁售之前,无锡江南计算技术研究就已经预料到美国会阻止中国超算的发展,所以开始自研处理器。

无锡江南计算机研究所并没有选择英特尔的X86架构,因为担心会被英特尔掐脖子,也同样没有选择ARM、MIPS、RISC—V这三大主流架构。

在暂时还没有办法自研架构的情况下,无锡研究所选择了非主流的DEC公司的Alpha 21264指令集,DEC当年在处理器市场也曾叱咤风云,AMD的K7架构就有部分技术源于Alpha架构,AMD之前的CEO德克·梅尔(Dirk Meyer)就来自DEC公司。

而无锡研究所选择它的原因是因为如今的DEC已经日薄西山,Alpha架构也早就不再更新了,而且过了专利期限,即使无锡研究所使用,也不用担心被停止授权。

无锡研究所利用DEC ALPHA 21164A EV-56架构在2010年成功研发了申威SW1600处理器,使用65nm工艺,16个RISC 64位核心,频率在975MHz到1200MHz之间,1.1GHz频率下浮点性能140.88GFLOPS。

而搭载申威SW1600处理器的神威蓝光计算机成为国内首个全部采用国产中央处理器(CPU)和系统软件构建的千万亿次计算机系统,其意义不言而喻,中国成为继美国日本之后成为第三个采用自主CPU构建千万亿次级超级计算机的国家。

而神威蓝光与美国还有很大的距离,所以在被美国禁售之后,无锡研究所加紧研制,不再使用Alpha架构,而是自己研发指令集,这是专为高性能计算研发的指令集。在自研指令集上终于研发成功了申威SW26010。

申威SW26010是中国首个采用国产自研架构且性能达到世界一流的计算机芯片。

SW26010采用260核心众核架构,乱序执行架构,频率1.45GHz,整个处理器包括4个MPE(Management Processing Element)管理单元、4个CPE(Computing Processing Element)计算单元及4个MC内存控制器单元组成,其中CPE单元又由8x8阵列的64核心组成,所以总计是260个核心(4x64 4=260)。

与其他国产处理器相比,申威系在性能上完全走在了前列,在世界范围内都是靠前的,SW26010的理论浮点性能高达3TFLOPS,SW26010可以直接访问主存,因此在实际使用效率上不见得就会比intel phi低多少,并且某些应用场合甚至可能大幅度超过intel。

其单芯片处理性能相当于3台2000年全球排名第一的超级计算机的性能总和。

2016年6月20日,搭载了申威SW26010的神威·太湖之光毫无疑问拿下来全球超级计算机第一的位置,并且实现了4连冠,神威·太湖之光更是世界上首台峰值计算速度超过十亿亿次的超级计算机,其峰值计算速度达每秒12.54亿亿次。

当然了,神威·太湖之光不仅有强悍无比的硬件,更有神通广大的操作系统支持。它采用了国产系统神威睿思(RaiseOS 2.0.5),基于Linux开源代码,神威睿思操作系统主要应用于高性能计算与安全两个领域。

中国芯申威26010众核处理器可以说真正填平了与美国在超算领域的差距,摆脱了我国超算核心芯片长期依赖进口的局面,运行之中,自主系统软件、自主算法编辑。神威·太湖之光上有三个应用获得了戈登·贝尔奖,这是超算应用中最具含金量的奖项了,可以说实现了零的突破。

在软件应用上,神威·太湖之光超算上有三个应用获得了戈登·贝尔奖,分别是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”,在这3项应用中已经有2项的性能达到了30-40 PFLOPS,占了整个性能的近一半。

国家863计划“高效能计算机及应用服务环境”重大项目总体专家组组长钱德沛教授称“中国的‘超算’确实是走过了一条超常规发展之路。按照国际常规,20年计算速度提高100万倍,而我们在过去20年里,‘超算’运行速度提高了5000多万倍。”

“禁运促进了我们在‘超算’领域的自主研发。”

如今,超级计算机已经发展到了一个关键节点,正在向 E 级超算进发。E 级超算是指每秒可进行百亿亿次数学运算的超级计算机,被全世界公认为“超级计算机界的下一顶皇冠”。

美国也意识到如果不能在 E 级超算上领先中国,那么中国在高新技术的发展上将会逐渐加快,并且在军事领域的研发有了 E 级超算的助力,将会如虎添翼。

无锡江南计算技术研究所的下一代神威E级原型机在 2017 年就在山东济南开工建设,2018年5月30日,神威E级原型机已经竣工投用,2020年将完成研制部署。

美国能源部此前已宣布将建造“极光”和“前沿”2台E级超算,其浮点运算速度将分别超过每秒100亿亿次和150亿亿次,预计在2021年交付,而目前,美国的E级超算原型机还没有出来,我国已经有三台E级超算原型机已经交付。

神威E级使用的正是申威研发的新一代申威26010+众核处理器,是现在太湖之光超算上的申威26010处理器的升级版。除此之外,高速互连网络系统全部采用申威网络交换芯片、申威消息处理芯片,这些关键部件均具备完全自主知识产权。存储和管理系统由申威多核处理器构建,实现对该领域产品的全国产化替代。

让我们也期待搭载了全新自研国产超算芯片的神威E级可以再次实现对美国的超越!

内容来自今日头条

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