獨家探訪中國超算“下一頂皇冠”

本報赴濟南特派記者 趙覺珵

隨著日本8月底宣布下一代超算將在2021年問世，中國、美國、日本和歐洲在超算領(lǐng)域的競爭日趨白熱化，各方角逐的新戰(zhàn)場轉(zhuǎn)移到運算速度達每秒百億億次的E級超算。為爭奪“超算界的下一頂皇冠”，中國的E級超算研制計劃已全面展開。近日，《環(huán)球時報》記者獨家探訪部署有“神威”E級超算原型機的國家超算濟南中心，親眼目睹下一代“國之重器”。

走近“神威”E級原型機

噪音與低溫，這是《環(huán)球時報》記者走進國家超算濟南中心機房的第一感受。這里部署著中國首臺全部采用國產(chǎn)處理器和系統(tǒng)軟件構(gòu)建的千萬億次計算機——“神威·藍光”。一個月前，“神威·藍光”迎來一個新鄰居——“神威”E級超算原型機。

雖然E級超算被譽為“超算領(lǐng)域的下一頂皇冠”，但其原型機卻“貌不驚人”?！吧裢盓級超算原型機目前只是一臺一人多高的純黑色機柜，上面印有金色的“神威E級原型系統(tǒng)”字樣。打開原型機的機柜門，里面整齊分布著32個運算超節(jié)點，每個超節(jié)點又由8個申威眾核處理器構(gòu)成。

作為原型機，雖然它的體積不大，但相比由9個機柜組成的“老前輩”“神威·藍光”，“神威”E級超算原型機的浮點運算速度達每秒3000萬億次，是“神威·藍光”的3倍，相當于我國最強超算“神威·太湖之光”運行速度的1/30。

據(jù)國家超算濟南中心主任張云泉介紹，“神威”E級超算原型機實現(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現(xiàn)國產(chǎn)化。運算系統(tǒng)全部采用具有完全自主知識產(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產(chǎn)權(quán)的申威網(wǎng)絡(luò)芯片構(gòu)建；存儲和管理系統(tǒng)采用申威多核處理器構(gòu)建，實現(xiàn)了對該領(lǐng)域產(chǎn)品的國產(chǎn)化替代。

中國E級超算的三條路徑

早在2016年前后，中國已經(jīng)啟動E級超算的研發(fā)計劃，同時開始3種技術(shù)路徑的探索：國家超算天津中心同國防科技大學聯(lián)合研制的“天河三號”E級超算原型機已于7月22日在天津完成部署，國家并行計算機工程技術(shù)研究中心聯(lián)合國家超算濟南中心研發(fā)的“神威”E級超算原型機于8月5日在濟南正式啟用。此外，中科曙光也在進行E級超算的研制，但暫時還未披露該項目的進展。

國家超算濟南中心副主任潘景山向《環(huán)球時報》記者介紹稱，2016年至2018年是中國E級超算規(guī)劃中的第一步，即進行原型機的研發(fā)。這一階段完成后，三家的E級超算將進行PK，通過“賽馬機制”確定其中兩家并制造出兩臺真正的E級超算?！案鶕?jù)計劃，擁有每秒百億億次運算速度的‘神威E級超算將在2020年正式發(fā)布?！?/p>

雖然都是走眾核路線，但張云泉告訴《環(huán)球時報》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級超算原型機采用了自主X86架構(gòu)處理器和加速器的異構(gòu)眾核體系架構(gòu)。有分析認為，雖然X86處理器的技術(shù)相對成熟，但要將其完美移植到中國的E級超算上，達到較高的性能，依然存在不小的難度。

相比中科曙光，“天河三號”E級超算的原型機采用了“多模融合加速架構(gòu)”，即同時使用國產(chǎn)飛騰FT2000+處理器和邁創(chuàng)Matrix2000+加速器。據(jù)張云泉介紹，“天河三號”的架構(gòu)中既有專門的飛騰芯片分區(qū)，也有邁眾芯片分區(qū)，二者既可以單獨運行，也可以合力運行。

與“天河三號”原型機處理器+加速器的松散耦合架構(gòu)相反，“神威”E級超算的原型機采用了緊耦合的“同構(gòu)眾核”架構(gòu)，在國產(chǎn)的申威26010+處理器中采用四個主核帶256個從核的架構(gòu)。張云泉對《環(huán)球時報》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提升。“不過根據(jù)國際業(yè)界預(yù)測，未來最合適E級超算的架構(gòu)應(yīng)該就是‘胖核+‘瘦核?！?/p>

中美日歐，都在搶第一

在美國超算“頂點”于今年6月超過“神威·太湖之光”、重奪全球超算第一后，中美之間的超算之爭更加趨于白熱化，對于下一代E級超算，兩國都展示出“勢在必得”的姿態(tài)。

據(jù)美國媒體披露，美國第一臺E級超算代號為“A21”，未來計劃部署在美國阿貢國家實驗室，于2021年投入使用。不久前，美國又宣布2個新的E級超算計劃，其中一臺將采用與A21不同的架構(gòu)，部署在橡樹嶺國家實驗室；計劃部署于勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的E級超算則可能采用一種全新架構(gòu)。

日本的E級超算研制則基于目前的超級計算機“京”。2016年，富士通和日本理化學研究所宣布為日本開發(fā)首臺E級超算——“后京”，并計劃在2020年部署。但不久后，該項目負責人石川裕博士承認，“后京”的部署可能會延遲。

相較中美日的E級超算研制已經(jīng)給出明確的時間表，歐洲的E級超算卻遲遲沒有眉目。張云泉向《環(huán)球時報》記者介紹稱，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級超算計劃，但沒有看到實質(zhì)性進展。

“目前來看，中國E級超算計劃于2020年完成部署，應(yīng)當是走在了世界的最前列”，張云泉對《環(huán)球時報》記者表示，但可以預(yù)期的是，在未來十年，中美在超算領(lǐng)域交替領(lǐng)先的格局不會出現(xiàn)根本性改變。

盡管在超級計算機研發(fā)本身，中國毫無疑問處于第一梯隊，但潘景山對《環(huán)球時報》記者表示，從超算的整體生態(tài)來看，中國依然與美國存在差距，業(yè)界也在共同努力，希望盡快打造屬于我國的超算應(yīng)用生態(tài)。

未來應(yīng)用要“頂天立地”

超級計算機可謂是“國之重器”，即使拋開數(shù)額巨大的研發(fā)費用不提，每臺超算每年的用電都需要花費上億元，這讓不少民眾都提出一個疑問：普通人如何從下一代E級超算中受益？

“對于E級超算的應(yīng)用，我們的思路是‘頂天立地”，張云泉對《環(huán)球時報》記者解釋道，一方面，超算需要服務(wù)國家戰(zhàn)略，為科學研究提供計算能力。以計劃部署在山東的“神威”E級超算為例，它將為國家海洋強國戰(zhàn)略構(gòu)建“深藍大腦”，支撐海洋和氣候預(yù)測、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、海洋大數(shù)據(jù)智能分析等應(yīng)用。

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

據(jù)張云泉透露，在“神威”E級超算原型機正式啟用的近1個月中，濟南超算中心已經(jīng)將“神威·太湖之光”的20多個應(yīng)用順利移植過來，并進行了一系列測試。

張云泉還向《環(huán)球時報》記者介紹，“神威”E級原型計算機也緊跟行業(yè)熱點，首次在國產(chǎn)超級計算機上構(gòu)建了人工智能軟件生態(tài)鏈，基于神威深度學習庫和框架，開展了對弈系統(tǒng)、醫(yī)療影像識別、機器翻譯多個大規(guī)模人工智能應(yīng)用，其中機器翻譯應(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?！?/p>