“神威”超算拿下世界第一！國產處理器全面反攻Intel
2016-06-27 08:42:10 n本周早些時候，《全球超算500強》正式公布了2016年上半年排行名單。原本以為會獲得“7連冠”的天河2號，竟意外被趕超，且還是被另一國產超算給擊敗……如此的意料之外頓時讓中外媒體和小編們又一次沸騰。
實際上，筆者大概在去年的這個時候也寫過一篇有關國產超算的文章，不過內容主要是質疑“天河2”連續五次蟬聯《全球超算500強》之意義所在。
當時的觀點并非是認為“天河系列”已沒有所謂的技術價值，而是想強調：當“天河1”于2010年10月首次擊敗美國橡樹嶺國家實驗室的“美洲虎”超級計算機后，成功幫助國人在歷史上首奪“最快超算”之頭銜時，“天河系列”的偉大使命實際上就已經基本完成。
再之后的“天河2”連續蟬聯，即使媒體用再多的篇幅去報道和渲染，也只能是徒增一些虛無飄渺的“自豪感”，而不能改變國產超算實際面臨的兩項殘酷事 實：
1. 最核心的技術仍依賴于美國——所以后來有了美國單方面宣布禁止向中國科研機構出口Xeon CPU和Tesla GPU的新規；
2. 美國已經在研究下一代“百億億次級”（exascale）超算，能效標準遠超當前水平——所以我們眼下的領先，真的不能代表什么。
因此，基于我們一時半會兒在自主核心硬件上難以趕超美國的事實，小編提出——將超算小型化、節能化和普及化會是一套更符合實際意義的做法，因為這能讓我們制造出更多可以榮登《綠色超算500強》榜單的中小型超算系統，能讓更多的學校和科研機構隨時隨意地用上屬于自己的超級計算機。實際上，這也是大國發展、科技興國的重要指標之一。
然而萬萬沒有想到，時間僅過了一年，“神威太湖之光”的出現不僅確保了今年《綠色超算500強》前三甲的一個席位（過去中國大陸產超算從未登榜前十），更還一舉同時奪得了《全球超算500強》的冠軍頭銜，且完完全全用的是國產自主設計處理器（小編這里不用CPU一詞，是因為從架構看已經脫離了傳統CPU的概念，有點英特爾Xeon Phi加速協處理器的意思，后者也是美國禁售名單產品之一）。
這樣的成績，在美國剛剛宣布對華禁售高性能處理器的大環境下，在苦苦掙扎也不愿配合大陸共同研發的臺灣半導體面前，簡直等同于一次核爆，其意義遠非“天河系列”繼續蟬聯“全球最強”所能比擬——當然這里還是要再次澄清，小編沒有無視“天河”的價值，但用一套已掌握的技術標準來連續贏得競爭對手現階段 已不參與的角逐，真的已不再具備任何值得大篇幅渲染的意義。
不要將所有的“國產芯”都一視同仁
每每提到“國產芯”，總會有那么一群“不明真相”的網友要調侃、要嘲笑。不能怪他們，畢竟有過上海交大“漢芯事件”這樣的黑歷史，也有著“龍芯”過分高調而不討喜的事實。“少說多做”一直是小編在評價“龍芯”時的觀點，而“神威太湖之光”背后的“申威系列”處理器，就實實在在做到了這點，所以今天他們成功了，并且一鳴驚人。
當然，這里要插個畫外音，要為“龍芯”做一點解釋：出于某些原因，“龍芯”雖然受到國家重視，但卻是“自負盈虧”的放養模式。相比也是國家重點項目的“申威”，后者則得到了軍方的完全支持，因而無需擔憂能否持續發展的問題。所以從這個角度理解，我們不能怪“龍芯”的完全商業化，但是——少接受采訪、少吹噓性能、低調做產品就行了，夸大產品在特定測試環境下性能趕超歐美是沒有意義的，因為“龍芯”定位的是通用計算市場，不是在指定領域下玩跑分。
“申威”顯然在獲得軍方支持后，走的并不是“通用”路線——能否支持普通人能理解的Windows、UNIX或者Linux發行版并不重要，“申威”作為國家安全戰略用芯片自然會有特殊定制版系統與之配合；性能或許也非最重要指標，能掌握核心技術并用于關鍵領域才是最具意義的事情——所以，“申威”一直特別低調，鮮有報道（比較大篇幅的報道始于2015年）。直到今天勇奪世界第一，才讓美國頓時懵逼了，讓主流媒體突然沸騰了。
能被用于超算領域的“國產芯”大概也只有“申威”和“龍芯”兩個選擇，其它的基于ARM架構的芯片，則主要面向移動和通用市場，因此要一視同仁地進行比較并不具備價值。未來還有可能出現的能挑戰“申威”的國產芯片，恐怕就只有等與AMD合作的那款SoC了——當然小編對此是極度懷疑中。
“神威太湖之光”的厲害和不同
“神威太湖之光”采用的是申威26010處理芯片，共40960個計算節點，每個節點由256個計算內核 4個管理內核（據說也帶計算功能）組成，所以整套系統共1060萬個CPU計算核——這個數字為排名第二的“天河2”的三倍，后者約為312萬個計算內核，因而在浮點計算性能上也大約是“天河2”的三倍：93.01 petaflop/s比33.86 petaflop/s。
然而，“神威太湖之光”的整機功耗只有15.37 MW，而“天河2”則為17.81 MW。也就是說，“神威”是實現了性能倍增的前提下，功耗反而大幅降低了。這才是一次真正意義的技術突破——當然，這與美國提出的50 gigaflops/watt的exascale次世代超算還是有很大差距（“神威”換算過來的每瓦性能約為6 gigaflops/watt）。
申威26010之所以能有如此強大的浮點計算性能是得益于Alpha處理器架構。Alpha是不同于今天市場主流的X86、ARM、MIPS、Power和Sparc的又一處理器微架構，屬于RISC（精簡指令集）家族，曾在上世紀90年因大膽前衛的亂序并行設計而風靡。雖說Alpha也不是申威的自主專利技術（原持有公司為DEC，后輾轉賣給了惠普，于2004年停止研發），但與龍芯使用MIPS一樣，在經過那么多年的沉淪，把已經“過氣”的舊指令集和架構重新發揚光大，并加入新的構思（異構架構設計），也能算是一種創新，因此申威26010在“自主原創性”方面并不存疑。
申威26010的挑戰
不過，也正因為申威26010是基于DEC Alpha 21264這個專利已過保護期的技術所發展出的產品，且采用了類似英特爾Phi加速處理器的架構設計，“神威太湖之光”勇奪世界第一的背后，恐怕要面臨編程難、使用難、兼容性難等諸多挑戰。
譬如，Alpha早在2004年就停止后續開發了，因此很顯然它不會有開源社區的支持。因此申威及其使用者就不得不自主維護一套系統和應用生態，而早期有能力參與其中開發的人員相信是十分有限。此外，申威26010的架構既不像GPU，又不完全是基于CPU，想要合理調用計算加速，在編程上也需要額外學習成本，今天大量懂得OpenCL或CUDA編程的軟件工程師們恐怕也無法順利平移到“神威太湖之光”。
當然，申威還是主要以突破美國封鎖、掌握芯片核心技術為目的的項目，沒有那么高的通用性或許并不是迫在眉睫的問題。
