中国芯片成功打破美国封锁,陈左宁院士解密“神威·太湖之光”超级计算机

科学网   陆琦   2016-06-24 10:00  

新一期全球超级计算机500强榜单6月20日在德国公布,完全基于中国设计、制造的“神威·太湖之光”取代“天河二号”登上榜首,成为“新科”世界最快计算机。而这距离2015年4月,美国宣布对我国四家单位实施高性能计算芯片禁运,仅仅1年零2个月。

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“核心技术是买不来的。”中国工程院副院长、中国工程院院士陈左宁6月23日接受《中国科学报》专访时说,“中国自主芯片首次成为全球最快超级计算机‘神威·太湖之光’的心脏,成功地打破了美国的封锁,证明中国人完全有能力用自己的处理器构建世界最高性能的超级计算机。”

《中国科学报》:我国具有自主知识产权的申威26010问世,其峰值速度和能效比达到国际领先水平。具体来说,这颗“中国芯”有哪些优势?

陈左宁:申威26010在众核处理器体系结构方面有重大原始创新,引领了高性能处理器发展潮流。申威众核处理器采用片上融合异构众核架构,现在以GPU、MIC搭建的超级计算机系统,众核处理器需要联合多核处理器工作,带来了额外的功耗和通信开销,使用也更为复杂。对比美、日等国的E级计算机研发计划,国外同行未来将采用的处理器技术路线与我们的思路非常接近,但到2018年左右才能走到真正的异构融合架构。

此外,申威26010采用全自主指令系统。指令系统是处理器与系统软件之间的桥梁,是处理器研发最核心的基础。国外经过几十年发展和积累,在处理器指令系统方面已形成严密的知识产权保护,国产处理器研发只有打破国外知识产权的壁垒,开发自主的指令系统。基于申威指令系统开发的神威睿智编译器及其工具链,形成了完备的国产自主指令系统技术体系,有效支撑了国产处理器可持续发展的自主可控和安全可靠。

作为国际首款万亿次异构众核处理器,单芯片集成260个核心,峰值性能和能效比等主要指标国际领先,标志着我国自主设计的处理器在高性能计算领域取得重大突破。

《中国科学报》:“神威·太湖之光”的配套操作系统是自主研发的神威睿思操作系统。该操作系统有何优势?

陈左宁:神威睿思操作系统是基于Linux开源代码开发,已有10多年历史,主要面向高性能领域和通用计算领域。

在高性能领域,神威睿思操作系统级突破了超级计算机千万级处理器核心的可扩展管理和并行运行控制,犹如操作系统指挥千军万马协同作战,实现了异构众核的高效、统一管理。系统具有很强的系统级容错功能,可以支持处理器核心级、核组级和芯片级的容错,实现了神威太湖之光超级计算机软硬件系统的高效可扩展、稳定、可靠运行。

在通用计算领域,神威睿思操作系统的主要优势在于自主可控度高和安全性强等方面。我们对Linux系统内核进行了全面的剖析,进行了安全性增强和特殊改造,结合申威处理器自主指令系统特点和国产处理器新增安全特性,极大提升了基础硬件平台和核心软件系统的安全性。

《中国科学报》:“神威·太湖之光”目前有哪些应用?未来又有怎样的发展前景?

陈左宁:“神威·太湖之光”投入使用以来,先后完成了清华大学、北京大学、中科院等30多家单位50多项课题的大规模计算,涉及天气气候、航空航天、船舶工程、海洋环境、石油物探、生物信息、药物设计、电磁仿真、动漫渲染、核物理、新能源、新材料等十多个重要领域,实现了数百万核的超大规模并行,其成果对国计民生、科技进步都将产生重大影响。

基于“神威·太湖之光”的3项应用,已入围国际高性能计算应用领域最高奖——戈登贝尔奖提名,分别涉及大气、海洋和材料领域。这不仅是中国团队首次入围,更是占据了全部入围数量的半壁江山,打破了西方发达国家的垄断,证明“神威·太湖之光”非常适合挑战性应用,同时也说明中国不仅能够造好的计算机,也能用好计算机,在应用方面达到了国际先进水平。

支持运行应用的结果表明,“神威·太湖之光”超级计算机运行稳定,高效可靠。

未来的重点将围绕基于“神威·太湖之光”的应用开发,比如:瞄准世界前沿科学研究和国家战略需求,提供超级计算支撑服务;针对行业重大应用需求和企业重大目标进行产品开发,提供应用计算服务;依托“神威·太湖之光”超强的计算能力,建立产业创新中心,研发并行软件,支持苏南制造,实现江苏省制造业的快速升级转型。

《中国科学报》:将来,“神威·太湖之光”的芯片和操作系统有哪些市场应用的可能性?

陈左宁:申威众核处理器设计的集群和服务器,已应用于航空航天、天气气象、生物信息、材料科学、船舶工程、计算化学等十多个领域并取得良好的效果。

从当前业界发展来看,众核处理器已经在超级计算领域占据了权重的位置,并成为未来构建E级计算的主要技术途径,其应用平台尚处于推进阶段。随着申威26010众核处理器的软硬件生态系统不断成熟,更加多样化的平台会满足不同类型用户的需求,培养更加宏大的客户群体,必将在国家众多核心行业的创新发展中发挥显性的作用。

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。产品含括超级计算机和各种集群计算机系统;桌面、服务器类通用操作系统,以及网络安全防护、主机安全防护、数据安全防护、安全管理等网络安全类的定制操作系统。目前多个应用领域的推广初见成效。

随着国家对信息安全的高度重视和国产处理器性能的不断提升,信息安全的国产化市场会越来越大。神威睿思操作系统将重点瞄准自主可控等高安全领域,建立产业联盟,打造国产自主操作系统产业链,为国家信息安全提供保障。

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责任编辑:榆木 关键词: 神威太湖之光 申威26010 神威睿思

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