天河三号原型机研制完成，全面搭载自主芯片，重夺全球第一可期
量子位2018-07-27 07:30
岳排槐 发自 凹非寺量子位 出品 | 公众号 QbitAI
△ 天河三号E级原型机机柜
我国超级计算机又有新突破！
经过两年多的持续关键技术攻关和突破，“天河三号”E级原型机研制部署完成，并于7月22日通过科技部验收。
“天河三号”原型机，全面搭载国产自主芯片，不再使用英特尔处理器。而且相关的操作系统、并行开发等系统也为自主研发。
由此，中国E级计算机将很快进入实质性研发阶段。
按计划，“天河三号”超级计算机有望于2020年研制成功，其运算能力将比“天河一号”提高200倍，存储容量提高100倍。
今年6月，中国丢掉蝉联多次的全球超算冠军宝座，美国超算时隔多年重返榜首。而“天河三号”有望在两年内，夺回这一殊荣。
自主突破
“天河三号”E级原型机，由国防科技大学和国家超级计算天津中心等团队合作研发，并部署在国家超级计算天津中心。
2016年，科技部结合“十三五”发展规划，分两期启动我国E级计算机研制计划。第一期主要为E级计算机关键技术研究，安排了三个E级机原型样机的研制；第二期为研制E级计算机。
其中，“天河三号E级原型机系统”经过两年多的关键技术攻关和突破，成为我国首个完成原型样机系统研制和部署的项目。
公开信息显示，“天河三号”E级原型机实现四大自主创新：
三款自主芯片：“迈创”众核处理器（Matrix-2000+）、互连接口芯片、路由器芯片；四类计算、存储和服务结点，十余种PCB电路板；新型的计算处理、高速互连、并行存储、服务处理、监控诊断、基础架构等硬件分系统；系统操作、并行开发、应用支撑和综合管理等软件分系统。
在技术创新的基础上，“天河三号原型机系统”实现了可适应科学计算和数据处理多应用需求的柔性体系结构，突破了计算、访存、通信三方平衡的高性能计算结点技术。
可支持十万结点规模的高速互连和光电混合高速信号传输技术，高效靶向散热冷却技术，用户透明的高性能计算环境软件支撑等技术。
据科技日报报道，“天河”系列超级计算机，在核心关键技术上已实现了整体自主可控。
目前，通用CPU和加速器CPU、互连通信路由芯片和互连接口芯片，均已装配在“天河二号”2期系统中，打破了2015年美国对国防科大和“天河”系超算中心的CPU禁运.而“天河三号”超级计算机将对这四大芯片进行全面升级。
这还不够，未来“天河三号”E级超级计算机将对已经设计生产的三款计算、互联通信核心芯片再进行全面升级。
同时基于飞腾CPU设计新的多核CPU，实现可支持海量数据存储的层次式存储系统，对适用高性能计算和高效大数据处理的柔性体系结构进一步优化，最终制造出新一代“天河三号”E级超级计算机。
E级超算
所谓E级计算机，是指每秒可进行百亿亿次数学运算的超级计算机，被称为“超级计算机界的下一顶皇冠”。
目前全球最快的超级计算机，峰值运算速度都在每秒十亿亿次级别。
E级计算机有什么用？可以参考国家超级计算天津中心相关负责人的下面这段公开表述：
今后将依托“天河三号”超级计算机，构建超级计算与云计算和大数据深度融合的高性能计算服务平台，在长效高分辨率气候气象预报、大规模航空航天数值风洞、地震地质研究和油气能源勘探、生命科学研究等超大规模计算与模拟，以及涉及国计民生、信息安全的政务数据、医疗卫生、基因健康、智慧城市、交通、地理、海洋等大数据分析处理领域，发挥强大支撑和平台作用，有效推动新一代人工智能发展规划等实施和网络强国建设。
前面我们提到，中国的E级超算原型样机有三台。
除了天河，还有神威、曙光两家。
神威E级原型机由江南计算技术研究所承研，此前已经通过“预验收”。据《济南时报》7月20日报道，神威E级原型机已经抵达济南，开始在国家超级计算济南中心开始组装调试。
预计在7月26日前后将全部安装调试完毕，进入试运行状态。
神威E级原型机，也是我国完全自主研发的E级计算机原型机，具有完全自主知识产权。
“我们花了6000万，构建了神威E级原型机，它的运行速度是3-4个P(1P=1千万亿次)。”国家超算济南中心副主任潘景山透露，“E级计算机+E级存储，总投入在40亿左右。”
这么大的投入，为尽量避免失败，所以才有3台原型机进行验证。
现在看起来，天河和神威的速度比较接近，这两台E级超算的原型机，在进度上相差无几，基本处于你追我赶的节奏。
至于曙光的E级原型机，目前公开信息较少。
去年7月，中科曙光宣布由其牵头的E级高性能计算机原型系统项目正式发布。
目前没有看到有更多的进展披露，有分析人士猜测，曙光E级原型机，采用的方案可能是“AMD CPU国产化版本+GPU国产化版本”。
超算竞赛
今年6月25日，新一期超级计算机TOP500榜单发布。
时隔五年，美国超级计算机Summit（顶点）终于超越中国超算“神威·太湖之光”，重回排行榜第一。
Summit由IBM公司负责制造，搭载了27648块英伟达Volta GV100，这些GPU提供了超过95%的计算力；此外还有103752颗IBM Power9处理器。
这台超级计算机占地面积相当于2个网球场大小，重量相当于一架商业喷气机。
美国为了研发这台超算，也是经过多年谋划。为了争夺第一，Summit的发布时间还提前了半年。
此次榜单发布之前，中国的“天河二号”和“神威·太湖之光”两台超算，已经接力连续五年稳居超算TOP500冠军宝座。
2015年，“天河二号”在系统升级方面遇到了麻烦：美国商务部针对中国，实行了英特尔“至强”(XEON)芯片的禁运政策。
对于突然实行至强芯片禁运的原因，美国方面给出的解释是这4家中国超算中心从事“违反”美国国家安全或外交政策利益的活动。
而这件事，也促成了国产芯片的发展。中国很快研发出了自主众核加速器。
其实，2002年之前TOP500榜单没有任何中国超算的身影。但此后的十五年里，中国超算突飞猛进，从一穷二白一跃成为世界第一。
目前TOP500中，中国超算总量还是世界第一。
但近期想撼动Summit的冠军位置，是一个几乎不可能的事情。如果一切顺利，2020年前后，“天河三号”等新一代超算，应该会帮助中国超算重新夺冠。
期待。
- 完 -
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