神威太湖之光成最快超算 不只是打脸美国禁运

文/maomaobear

6月20日，新一期全球超级计算机500强榜单公布，使用中国自主芯片制造的“神威太湖之光”取代“天河二号”登上榜首，中国超算上榜总数量也有史以来首次超过美国名列第一。

据国际TOP500组织当天发布的榜单，“神威太湖之光”的浮点运算速度为每秒9.3亿亿次，不仅速度比第二名“天河二号”快出近两倍，其效率也提高3倍。

更重要的是，与“天河二号”使用英特尔芯片不一样，“神威太湖之光”使用的是中国自主知识产权的芯片。 “神威太湖之光”由国家并行计算机工程技术研究中心研制，安装在国家超级计算无锡中心。

此前，由中国国防科技大学研制的“天河二号”超级计算机已在TOP500榜单上连续六度称雄，但是在2015年遭到美国禁售的干扰。

如今短短一年之后，中国自研的超级计算机就取得了计算能力第一的位置，令人欢欣鼓舞。

虽然，笔者早在一年前禁售的时候，就写文章提过中国超级计算机行业的后手神威，但是短短一年就造出来大新闻还是挺出乎意料之外的。

这个神威太湖之光是怎么冒出来的？它是怎么做到世界第一的呢？这得从头说起。

一、超级计算机的发展

计算机最早就是满足人类高性能计算要求的，无论是第一台机械计算机(英国巴贝奇爵士设计，未最终完成)，还是第一台电子计算机Eniac，都是做科学计算和军事用途用的。

当进入电子计算机时代之后吗，计算机性能的扩展有两条道路，一条的不断改进制造工艺，提升芯片设计水平，把单个芯片设计的很强悍，提升性能。还有一条道路是尽可能用比较多的机器并行，用多机机器一起运算来提升性能。

早期，超级计算机都是昂贵的高级货，处理器是专门设计的，芯片组是配套的，甚至每根连接线都是定制的，成本极高。

而随着PC和网络的发展，人们发现追求强大的计算能力可以不那么昂贵。于是，人们开始尝试用大批量生产的PC或者工作站来攒超级计算机。

若干台PC或者工作站通过网络连接起来，把任务分给这些机器并行，然后返回，计算能力丝毫不弱于昂贵的专用超级计算机，于是传统的超级计算机开始没落。

这个时代出现了很多平民化的超级计算机，一个美国学校把MAC电脑凑成超级计算机，看似玩具的东西居然一度占据了TOP500超级计算机排行榜，甚至谷歌自己用的服务器也是用这种办法攒出来的。

而攒机有极限，人们发现，限制超级计算机能力居然是功耗，人们不能堆积太多的数量是因为功率和发热限制，于是，IBM开发出蓝色基因，不追求单个核心的高性能。

之后就是异构浪潮了，索尼为了提升PS3游戏机的性能，联合IBM搞了Cell处理器，这是异构计算的开始。因为在计算任务中，有些任务是简单的，不需要复杂的逻辑处理，只需要足够的计算单元暴力计算，这样处理器就可以设计成两部分，一个简单的运算核心，几个强大的简单计算单元，这就是Cell的思路。

而后来人们发现，这种简单暴力计算GPU最擅长，于是就有了GPU通用计算。

中国在2009年搞出来天河一号超级计算机，就是就是CPU和GPU异构组成的超级计算机，一度排名世界第一。百度搞人工智能的计算机也是这种异构的超级计算机。

Intel也发展出“众核架构”(MIC)的Xeon Phi协处理器。并且获得了天河2号的选用。成为目前超级计算机的主流配置。

二、神威太湖之光是从哪来的？

在神威太湖之光上新闻之前，大多数人都对其一无所知。不是这个项目历史短，而是它太低调了。

关于国产CPU，大家熟知的是龙芯，骗经费的汉芯，而国产CPU里面真正的高端其实是江南所的神威系列。

因为神威是军方项目，所以各项信息没有非常公开，其来源只有一个不太确定的传说。

话说70年代，在Intel横行天下之前，业界的明星是一家名叫DEC的公司，这家公司研发出小型机，把计算机普及到普通的商业机构，成为一代明星。

而当PC出现之后，这家公司开始研发高端产品，这就是Alpha系列处理器，当年IBM，惠普，SGI，SUN都研发自家的处理器，而Alpha算其中的佼佼者。

Alpha系列处理器经过几代发展，有非常好的性能和大量前瞻性的设计。无奈商用运作失败，最终DEC被COMPAQ收购，而COMPAQ后来又与HP合并，Alpha系列也就被搁置起来。

就在此时，处理器方面极其落后的中国在国家还不富裕的情况下重金买下了Alpha的全套技术，准备开发国产的高性能处理器。当时的国家主席江泽民亲自题词“神威”。这就是神威的由来。

当年Alpha堪称处理器的黑科技大全，它的EV6总线被AMD采用，开发出超过Intel的K7，这是AMD历史上唯一一段性能领先Intel的时期。

Intel也没有落后，Intel随即开发出超线程技术（至今仍然在用），而超线程技术也是Alpha先搞起来的。

Alpha的21364甚至看到了未来众核的趋势，预留了方案。要知道，Intel搞众核已经差不多是Alpha消失后10年的事情了。

Alpha被中国买下之后，消化吸收改进创新，逐步发展出来神威系列处理器和超级计算机。

其实，早在2008年，神威已经搞出来神威1600处理器，这个16核心的神威1600在1.1ghz的时候，双精度浮点运算能力是140.8G，i7 980xe 6核心在3.2ghz，双精度浮点是107.55G。i7的功耗是130W，神威1600的功耗是70W。神威1600同样集成了四路双通道DDR3内存控制器和I/O，水平已经相当高了。

2011年的时候，神威曾经露了一小脸，有过一个叫神威蓝光的超级计算机，进入了世界前十，而且只用了9个机柜。

如果当年神威蓝光要搞个大新闻，只要加到160个机柜就可以当2011年的世界第一了，根本不用等到今天。

当时神威就已经提出来下一代要搞众核，也就是今天太湖之光用的CPU。因为当年Alpha21364已经考虑了128个核心众核结构的通讯问题，所以神威新一代众核产品也很顺利。

如今，太湖之光出来，无论是性能还是功耗，效率都是世界第一，其实这是从1999年开始持续研发10多年的水到渠成。

三、太湖之光的意义

目前，太湖之光用的神威处理器工艺还是非常落后的，大约落后Intel两到三代。但是凭借架构的优势，太湖之光依然达到了顶级的运算能力。

如果未来中芯国际给力，追近Intel，那么神威性能会更强。

不过，我们要知道，神威这种项目是给军方研发的，用于高科技项目，编程是非常困难的，通用型也很差。其他领域就是有授权使用，编程也会很困难。所以这个世界第一的超级计算机不会有很高的利用率。

但是，这台计算机告诉世界，中国已经自己的超级计算能力，各种禁运就没有必要搞了。高科技军事中国可以用自主的超级计算机算。

至于游戏，动画，金融，天气……，IBM和Intel还是可以卖机器，卖处理器的。

非军用领域，不仅仅要考虑性能，还要考虑生态和成本。工具方便，开发简单的东西效益更高。这些领域用神威就太贵太麻烦了，效率也未必高。

2015年，美国还对中国搞禁运，不允许Intel出口高性能的协处理器。说中国人用于军事用途，用于核研究云云。

而神威太湖之光告诉美国人，这种禁运是脱裤子放屁，根本就没有必要。买你们的高性能处理器，协处理器是商用，军用我们有更强的。

“敌人有的,我们要有,敌人没有的,我们也要有。”这是毛主席说的，神威做到了。

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