獨(dú)家探訪(fǎng)中國(guó)超算“下一頂皇冠”

本報(bào)赴濟(jì)南特派記者 趙覺(jué)珵

隨著日本8月底宣布下一代超算將在2021年問(wèn)世，中國(guó)、美國(guó)、日本和歐洲在超算領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)日趨白熱化，各方角逐的新戰(zhàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)移到運(yùn)算速度達(dá)每秒百億億次的E級(jí)超算。為爭(zhēng)奪“超算界的下一頂皇冠”，中國(guó)的E級(jí)超算研制計(jì)劃已全面展開(kāi)。近日，《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者獨(dú)家探訪(fǎng)部署有“神威”E級(jí)超算原型機(jī)的國(guó)家超算濟(jì)南中心，親眼目睹下一代“國(guó)之重器”。

走近“神威”E級(jí)原型機(jī)

噪音與低溫，這是《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者走進(jìn)國(guó)家超算濟(jì)南中心機(jī)房的第一感受。這里部署著中國(guó)首臺(tái)全部采用國(guó)產(chǎn)處理器和系統(tǒng)軟件構(gòu)建的千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)——“神威·藍(lán)光”。一個(gè)月前，“神威·藍(lán)光”迎來(lái)一個(gè)新鄰居——“神威”E級(jí)超算原型機(jī)。

雖然E級(jí)超算被譽(yù)為“超算領(lǐng)域的下一頂皇冠”，但其原型機(jī)卻“貌不驚人”。“神威”E級(jí)超算原型機(jī)目前只是一臺(tái)一人多高的純黑色機(jī)柜，上面印有金色的“神威E級(jí)原型系統(tǒng)”字樣。打開(kāi)原型機(jī)的機(jī)柜門(mén)，里面整齊分布著32個(gè)運(yùn)算超節(jié)點(diǎn)，每個(gè)超節(jié)點(diǎn)又由8個(gè)申威眾核處理器構(gòu)成。

作為原型機(jī)，雖然它的體積不大，但相比由9個(gè)機(jī)柜組成的“老前輩”“神威·藍(lán)光”，“神威”E級(jí)超算原型機(jī)的浮點(diǎn)運(yùn)算速度達(dá)每秒3000萬(wàn)億次，是“神威·藍(lán)光”的3倍，相當(dāng)于我國(guó)最強(qiáng)超算“神威·太湖之光”運(yùn)行速度的1/30。

據(jù)國(guó)家超算濟(jì)南中心主任張?jiān)迫榻B，“神威”E級(jí)超算原型機(jī)實(shí)現(xiàn)了完全自主可控——處理器、網(wǎng)絡(luò)交換芯片、消息處理芯片等核心器件全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。運(yùn)算系統(tǒng)全部采用具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的申威眾核處理器；高速互連網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)全部采用完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的申威網(wǎng)絡(luò)芯片構(gòu)建；存儲(chǔ)和管理系統(tǒng)采用申威多核處理器構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)了對(duì)該領(lǐng)域產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化替代。

中國(guó)E級(jí)超算的三條路徑

早在2016年前后，中國(guó)已經(jīng)啟動(dòng)E級(jí)超算的研發(fā)計(jì)劃，同時(shí)開(kāi)始3種技術(shù)路徑的探索：國(guó)家超算天津中心同國(guó)防科技大學(xué)聯(lián)合研制的“天河三號(hào)”E級(jí)超算原型機(jī)已于7月22日在天津完成部署，國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心聯(lián)合國(guó)家超算濟(jì)南中心研發(fā)的“神威”E級(jí)超算原型機(jī)于8月5日在濟(jì)南正式啟用。此外，中科曙光也在進(jìn)行E級(jí)超算的研制，但暫時(shí)還未披露該項(xiàng)目的進(jìn)展。

國(guó)家超算濟(jì)南中心副主任潘景山向《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者介紹稱(chēng)，2016年至2018年是中國(guó)E級(jí)超算規(guī)劃中的第一步，即進(jìn)行原型機(jī)的研發(fā)。這一階段完成后，三家的E級(jí)超算將進(jìn)行PK，通過(guò)“賽馬機(jī)制”確定其中兩家并制造出兩臺(tái)真正的E級(jí)超算。“根據(jù)計(jì)劃，擁有每秒百億億次運(yùn)算速度的‘神威E級(jí)超算將在2020年正式發(fā)布。”

雖然都是走眾核路線(xiàn)，但張?jiān)迫嬖V《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者，三家的研發(fā)路徑卻不盡相同。根據(jù)此前披露的消息，中科曙光的E級(jí)超算原型機(jī)采用了自主X86架構(gòu)處理器和加速器的異構(gòu)眾核體系架構(gòu)。有分析認(rèn)為，雖然X86處理器的技術(shù)相對(duì)成熟，但要將其完美移植到中國(guó)的E級(jí)超算上，達(dá)到較高的性能，依然存在不小的難度。

相比中科曙光，“天河三號(hào)”E級(jí)超算的原型機(jī)采用了“多模融合加速架構(gòu)”，即同時(shí)使用國(guó)產(chǎn)飛騰FT2000+處理器和邁創(chuàng)Matrix2000+加速器。據(jù)張?jiān)迫榻B，“天河三號(hào)”的架構(gòu)中既有專(zhuān)門(mén)的飛騰芯片分區(qū)，也有邁眾芯片分區(qū)，二者既可以單獨(dú)運(yùn)行，也可以合力運(yùn)行。

與“天河三號(hào)”原型機(jī)處理器+加速器的松散耦合架構(gòu)相反，“神威”E級(jí)超算的原型機(jī)采用了緊耦合的“同構(gòu)眾核”架構(gòu)，在國(guó)產(chǎn)的申威26010+處理器中采用四個(gè)主核帶256個(gè)從核的架構(gòu)。張?jiān)迫獙?duì)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者表示，“神威”的集成度更高，功耗更低，但挑戰(zhàn)在于并行編程的難度會(huì)提升。“不過(guò)根據(jù)國(guó)際業(yè)界預(yù)測(cè)，未來(lái)最合適E級(jí)超算的架構(gòu)應(yīng)該就是‘胖核+‘瘦核。”

中美日歐，都在搶第一

在美國(guó)超算“頂點(diǎn)”于今年6月超過(guò)“神威·太湖之光”、重奪全球超算第一后，中美之間的超算之爭(zhēng)更加趨于白熱化，對(duì)于下一代E級(jí)超算，兩國(guó)都展示出“勢(shì)在必得”的姿態(tài)。

據(jù)美國(guó)媒體披露，美國(guó)第一臺(tái)E級(jí)超算代號(hào)為“A21”，未來(lái)計(jì)劃部署在美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，于2021年投入使用。不久前，美國(guó)又宣布2個(gè)新的E級(jí)超算計(jì)劃，其中一臺(tái)將采用與A21不同的架構(gòu)，部署在橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室；計(jì)劃部署于勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的E級(jí)超算則可能采用一種全新架構(gòu)。

日本的E級(jí)超算研制則基于目前的超級(jí)計(jì)算機(jī)“京”。2016年，富士通和日本理化學(xué)研究所宣布為日本開(kāi)發(fā)首臺(tái)E級(jí)超算——“后京”，并計(jì)劃在2020年部署。但不久后，該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人石川裕博士承認(rèn)，“后京”的部署可能會(huì)延遲。

相較中美日的E級(jí)超算研制已經(jīng)給出明確的時(shí)間表，歐洲的E級(jí)超算卻遲遲沒(méi)有眉目。張?jiān)迫颉董h(huán)球時(shí)報(bào)》記者介紹稱(chēng)，由于歐洲超算此前一直采用美方技術(shù)，缺少自主核心技術(shù)，因此目前雖然有了E級(jí)超算計(jì)劃，但沒(méi)有看到實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

“目前來(lái)看，中國(guó)E級(jí)超算計(jì)劃于2020年完成部署，應(yīng)當(dāng)是走在了世界的最前列”，張?jiān)迫獙?duì)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者表示，但可以預(yù)期的是，在未來(lái)十年，中美在超算領(lǐng)域交替領(lǐng)先的格局不會(huì)出現(xiàn)根本性改變。

盡管在超級(jí)計(jì)算機(jī)研發(fā)本身，中國(guó)毫無(wú)疑問(wèn)處于第一梯隊(duì)，但潘景山對(duì)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者表示，從超算的整體生態(tài)來(lái)看，中國(guó)依然與美國(guó)存在差距，業(yè)界也在共同努力，希望盡快打造屬于我國(guó)的超算應(yīng)用生態(tài)。

未來(lái)應(yīng)用要“頂天立地”

超級(jí)計(jì)算機(jī)可謂是“國(guó)之重器”，即使拋開(kāi)數(shù)額巨大的研發(fā)費(fèi)用不提，每臺(tái)超算每年的用電都需要花費(fèi)上億元，這讓不少民眾都提出一個(gè)疑問(wèn)：普通人如何從下一代E級(jí)超算中受益？

“對(duì)于E級(jí)超算的應(yīng)用，我們的思路是‘頂天立地”，張?jiān)迫獙?duì)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者解釋道，一方面，超算需要服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略，為科學(xué)研究提供計(jì)算能力。以計(jì)劃部署在山東的“神威”E級(jí)超算為例，它將為國(guó)家海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略構(gòu)建“深藍(lán)大腦”，支撐海洋和氣候預(yù)測(cè)、海洋藥物智能篩選、海底戰(zhàn)略性資源智能勘探、海洋生態(tài)系統(tǒng)演變預(yù)測(cè)、海洋大數(shù)據(jù)智能分析等應(yīng)用。

另一方面，“神威”E級(jí)超算還將立足濟(jì)南，服務(wù)全國(guó)，解決健康醫(yī)療、先進(jìn)制造、航空航天、氣候氣象、生物信息、新能源新材料等一批國(guó)家科學(xué)與工程計(jì)算領(lǐng)域的重大課題，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供國(guó)際領(lǐng)先的計(jì)算平臺(tái)，為中國(guó)制造業(yè)賦能。

據(jù)張?jiān)迫嘎叮凇吧裢盓級(jí)超算原型機(jī)正式啟用的近1個(gè)月中，濟(jì)南超算中心已經(jīng)將“神威·太湖之光”的20多個(gè)應(yīng)用順利移植過(guò)來(lái)，并進(jìn)行了一系列測(cè)試。

張?jiān)迫€向《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者介紹，“神威”E級(jí)原型計(jì)算機(jī)也緊跟行業(yè)熱點(diǎn)，首次在國(guó)產(chǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)上構(gòu)建了人工智能軟件生態(tài)鏈，基于神威深度學(xué)習(xí)庫(kù)和框架，開(kāi)展了對(duì)弈系統(tǒng)、醫(yī)療影像識(shí)別、機(jī)器翻譯多個(gè)大規(guī)模人工智能應(yīng)用，其中機(jī)器翻譯應(yīng)用的數(shù)據(jù)規(guī)模、并行規(guī)模和訓(xùn)練速度世界領(lǐng)先。▲