中国E级超算原型机动作频频 中美为何倾力暗战超算领域

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超级计算机被称为“国之重器”,中国短期内神威E级超算原型机、天河三号E级超算原型机纷纷亮相,据悉曙光E级超算原型机也将于近期完成项目最终验收。与此同时,美国亦宣布了有关超算研制的征询方案(RFP),砸重金意欲巩固超算领导地位。中美明争暗斗超算领域究竟是为了什么?

  • 北京时间2018年8月5日,神威E级原型机系统在中国超算济南中心完成部署正式启用(图源:央视新闻截图)
  • 北京时间2018年7月22日,天河三号E级原型机系统在中国超算天津中心通过项目课题验收(图源:央视新闻截图)

北京时间8月5日,神威E级超级计算机(超算)原型机在中国国家超级计算济南中心完成部署正式启用。而就在两周前,运算速度预计可达“天河二号”10倍以上的“天河三号E级原型机系统”已在中国超算天津中心完成研制部署,并于7月22日通过项目课题验收,逐步进入开放应用阶段。

超算被称为“国之重器”,伴随着新资讯科技时代及工业革命4.0的发展,超算技术已愈来愈被视为一个国家创新能力乃至综合国力的象征。超算强大的计算能力在诸如天气预报、新材料研发、生命科学基因分析、人工智能、核工业、军事、航空航天等多个关键领域发挥着愈来愈重要的作用

当今世界,超级计算机已然成为科研人员解决人类重大问题的创新研究工具,全球多个国家正竞相研发运行速度更快的E级超算。随着竞争趋向白热化,超算领域已日益成为大国角力的新战场。

中国三大“超算军团”动作频频

“E级超算”是指百亿亿次超级计算机,被公认为“超算界下一顶皇冠”,目前中、美、欧、日四强正在这一领域角逐。基于投入巨大、分摊风险的考虑,中国E级计算机研制计划第一期主要为“关键技术”研究,并安排了三个E级原型样机的研制,第二期将具体研制E级计算机。

原型机的成功研制,将对E级计算机研制方案和技术路线进行全面系统验证。“天河三号”、神威E级、中科曙光被称为中国三大“超算军团”。从公开报导来看,前两台均计划在2020年完成研制部署,将先于美日等国跨越百亿亿次量级台阶

中国的神威E级超算原型机由国家并行计算机工程技术研究中心联合中国超算济南中心等团队,经两年多关键技术攻关得以成功研制并部署投用。据悉,该原型机硬件、软件和应用三大系统中,处理器、网络芯片组、存储和管理系统等核心器件全部为国产化;已完成包括全球气候变化、海洋数值模拟、生物医药仿真、大数据处理和类脑智能等12个领域的35项重大计算任务,未来应用前景广阔

从公开报道来着,神威E级超算原型机系统软件由中国完全自主研发的神威睿思操作系统、神威睿智编译器等构建;运算系统全部采用“神威26010+”众核处理器,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,据称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,实现了国产化替代。

而“天河”系列超算一直由中国国防科技大学牵头天津超算中心研制。2015年4月9日,美国商务部宣布对包括中国国防科大和中国超算天津中心、长沙中心、广州中心在内的4家中国超算机构禁运Intel至强Xeon处理器和Xeon Phi加速器。

三年之后,“天河三号”E级超算原型机首次亮相于今年5月16日到18日举行的第二届世界智能大会。该原型机由三组机柜组成,每组机柜高2米左右,通身黑色,其关键技术的突破和系统研制,全面为“天河三号”整机系统提出了计算、访存、通信性能平衡的设计方案。“天河三号”超算有望于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。

天河三号E级超算原型机系统芯片全国产化,并实现了四大自主创新(图源:VCG)

从公开报道来看,“天河三号”E级超算原型机系统采用自主研发的飞腾处理器、天河高速互联通信和麒麟操作系统,实现了芯片全国产化,取代了前代的英特尔芯片。据悉,“天河”系列超算已经全面掌握具有自主知识产权的四大芯片和自主操作系统,所有核心技术和产品均不再被海外“卡脖子”。

另外,“天河三号”E级超算原型机系统还实现了四大自主创新,涉及三款芯片——“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,10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。

较之“天河”、“神威”,中科曙光的E级原型机目前尚属低调。除在2016年7月4日宣布正式启动E级高性能计算机原型系统研制项目外,中科曙光尚未披露更多研制进展,但据微信公众号“新智元”透露:“曙光E级原型机将于近期完成项目验收,预计在八九月间,所有三台原型机都将完成最终验收。”

中西方明争暗斗超算领域

上世纪20年代美国出现“超级计算机”这一概念后,美国、日本,以及欧洲在这一领域你追我赶,而中国的加入使得这场超算之争更为激烈。

中国“神威·太湖之光”连续四次位居全球超级计算机TOP500排行榜首位(图源:VCG)

1983年中国研制出第一台超级计算机“银河一号”,成为继美国、日本之后第三个能独立设计和研制超级计算机的国家。十余年前中国在超算领域尚属无名之辈,但近年来中国在该领域的迅速发展已让全球侧目。

此前从未有中国团队入围高性能计算应用领域最高奖——戈登•贝尔奖的局面在2016年被打破,当年入围的 6 项应用中有 3 项来自中国。2017年10月24日,又有两篇来自中国,基于“神威•太湖之光”的论文入围“戈登•贝尔奖”终选名单,占总数(3篇)的 2/3;11月17日,在美国丹佛举行的全球超级计算大会上,“非线性地震模拟”被授予“戈登•贝尔奖”殊荣。

2017年末全球超级计算机TOP500排行榜显示,中国超算“神威•太湖之光”和“天河二号”连续第四次分列冠亚军,其浮点持续运算速度分别为每秒9.3亿亿次和每秒3.39亿亿次,居榜首的“神威•太湖之光”浮点运算速度峰值可达每秒12.5亿亿次。这份榜单亦佐证了中国已经取代美国成为世界上拥有超级计算机数量最多的国家

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撰写:刘言

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