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神威·太湖之光

31°32′55.01″N 120°14′52.94″E / 31.5486139°N 120.2480389°E / 31.5486139; 120.2480389

神威·太湖之光
啟用時間2015年12月31日
承建商國家並行計算機工程
技術研究中心
作業管理者國家超級計算無錫中心
清華大學
置放地點 中國江蘇省無錫市
架構40,960枚申威處理器
SW26010型 260核心CPU
最大消耗功率15,371.00kW
作業系統基於Linux核心的神威睿思 2.0.5
容積、佔地面積605 平方米
內部存儲器1.31PB
運算速率實際效能：93.0146PFlops
理論效能：125.4359PFlops
造價18億元人民幣
（約合2.73億美元）
排名TOP500: #4, 2020年6月
用途石油勘探，生命科學
天氣預報，工業設計
藥物研發
成就戈登貝爾獎獲得平台，打破30年來該獎都由美日獲得的情況
官方網站www.nsccwx.cn
資源top500.org

神威·太湖之光 （英語：Sunway TaihuLight）是由中國國家並行計算機工程技術研究中心研製的超級計算機，2016年6月20日在LINPACK效能測試中以 93 PFLOPS 的測試結果超越同為中國組建的天河二號（LINPACK成績約為34 PFLOPS），成爲當時世界上最快的超級計算機[1][2][3][4]，直到2018年6月8日被美國的超級電腦高峰（Summit）超越[5]。「太湖之光」的命名來源於無錫旁邊的太湖。目前神威·太湖之光部署在江蘇省無錫市的國家超級計算無錫中心[3][1]，由清華大學負責營運[6]。

神威·太湖之光也是中國大陸首度自行設計不使用英特爾等美國公司的核心產品而登上TOP500第一名寶座的超級電腦。[7]該機組在天河二號被禁之後，也被認為是中國政府面對美國政府限制英特爾、輝達等廠商對華出售運算裝置的正面回應[8]，在中國大陸的媒體報導中，也多強調該機組的組件均由中國自主設計並於中國生產。[9] 不過國產化程度仍有提升空間，特別是美國對於中國超算技術已經進展到連設計工具跟代工製造都加以限制的地步，仍在不斷加強制裁力度[10]。

硬體

神威·太湖之光使用國家高性能集成電路（上海）設計中心研發的SW26010。[11]此款處理器，基於DEC Alpha 64微架構、64位元、精簡指令集、亂序執行、支援SIMD的申威-64架構，製程未知。每個處理器晶片中有260個核心（英語：Compute kernel），採用大規模多核心並行運算的結構，其中4個為資源管理用途，稱為MPE（Management Processing Element，管理處理元件），採用對稱多處理器的結構；另外256個作通用運算用途，每64個核心組成一個處理器核心陣列，共計4個陣列，合稱為CPE（Computing Processing Element，運算處理元件）。MPE和CPE的連接佈局類似於Cell的協處理器式、非對稱多處理的佈局（PPE+SPE），而CPE的陣列則與Xeon Phi、GPGPU等的流處理器形式相近。CPE核心和MPE核心都是相同的指令集，同樣具備256位元SIMD單元，但不同的是MPE均支援用戶模式和系統模式、32KiB一級指令快取、32KiB一級資料快取、256KiB二級快取，而CPE僅支援用戶模式、16KiB一級指令快取、64KiB本地暫存式記憶體（英語：Scratchpad memory）而無資料快取，而且存取系統記憶體需要與MPE溝通。該CPU時脈設定在 1.45GHz。不過，記憶體存取方面的規格相對較為貧弱，使用的是四通道DDR3 SDRAM，而不是最新的DDR4 SDRAM，各通道擁有獨立的、128位元位寬的記憶體控制器，每通道容量 8GiB，一顆CPU可最大支援32GiB的DDR3-2133，儘管如此，每個晶片的記憶體頻寬仍達 136.5GB/s。除此以外，每顆晶片上還內建了片上網路互聯（英語：Network on a chip），而非傳統的快取一致性處理。因此，該CPU與Cell寬頻引擎一樣，偏重於浮點數運算。[12][13]

整套系統高達 40,960 個 SW26010處理器，共有 10,649,600 個CPU核心。每個處理器為一個節點單元，一塊主機板上有兩顆處理器，32塊這樣的主機板組成一架主機，每台主機作為一個「超級節點」，一共有256個這樣的超級節點。根據資料圖顯示，這樣的構造使得主機需採用非標準設計，而非標準的刀鋒伺服器機架和機櫃，這樣的一種機櫃可以容納4台主機機架。運算節點單元之間全數採用PCIe匯流排互聯，互聯結構分為三層，頂層網路是「中央切換網路」，中間層是「超級節點網路」，底層是「資源共用網路」。[13]

軟體

神威·太湖之光採用的是基於Linux核心的神威睿思（即RaiseOS 2.0.5），也是分佈式作業系統[13]，已有10多年歷史，主要面向高性能領域和通用計算領域。中國工程院院士陳左寧表示，在通用計算領域，神威睿思操作系統的主要優勢在於自主可控度高和安全性強等方面[14]。

該系統具有其自身的定製化實現的OpenACC2.0以幫助代碼並行化[15]。

效能

理論浮點數運算效能為125,435.9 TFlops，而LINPACK測試中的實際效能為93,014.6 TFlops，有74%的效率，相比天河二號（62%）以及排名第三的泰坦（65.8%）都要高。本機組的圖形效能也較為突出，在Graph500排名中位列亞軍。[16]不過遇上記憶體存取較為頻繁的運算處理操作、整數數值較多的運算，記憶體存取的樽頸效應就開始顯現了。[17]

相較天河二號系統功耗達17.8百萬瓦（開啟散熱系統全速運轉時則高達24百萬瓦），神威·太湖之光僅使用15.3百萬瓦，且每瓦效能達到 6 GFLOPS/W，截至2017年11月為止，在Green 500能效比排名中排名第20位。[18][16]

應用

清華大學地球系統科學研究中心與計算機系合作，利用「神威·太湖之光」首次實現了百萬核規模、高分辨率的地球系統數值模擬。此前，中國大陸的地球模擬系統模式只能達到200公里網格規模的分辨率，但現在已可開展25公里網格分辨率的地球系統模擬工作，在海洋上可達到10公里分辨率。

目前，三十多家用戶單位在天氣氣候、航空航天、海洋科學、新藥創製、先進製造、新材料等領域與國家超算無錫中心開展了合作[6]。2016年神威·太湖之光超級電腦上的「全球大氣非靜力雲分辨模擬」應用軟體得戈登貝爾獎，該獎項是頒發給超級電腦上的應用軟體設計獎，因為硬體性能的有效發揮最終還是取決於軟體設計，此前30年該獎都由美日兩國獲得，首次有第三國打破此規則。[19][20]

逸聞

2017年網路春晚，舉辦了歡唱太湖之光橋段，由羽泉演唱成名曲《奔跑》，與太湖之光20多位科學家連線接龍對唱。[21]

同時網路春晚公開了目前太湖之光計算機的維護與操作小組成員，由清華大學博士(在讀)丁楠領隊，楊晉喆(倫敦帝國理工學院博士)，甘霖(清華大學博士後)，劉加賀(清華大學碩士在讀)等20多人組成。[22]

參見

參考文獻

  1. ^ 1.0 1.1 China Tops Supercomputer Rankings with New 93-Petaflop Machine. www.top500.org. [2016-06-20]. （原始內容存檔於2019-05-31）. 
  2. ^ 陸神威太湖之光 躍居全球最快超級電腦. [2016-06-20]. （原始內容存檔於2016-06-23）. 
  3. ^ 3.0 3.1 Clark, Jack; King, Ian. World’s Fastest Supercomputer Now Has Chinese Chip Technology. Bloomberg.com. June 20, 2016 [2016-06-20]. （原始內容存檔於2019-05-14）. 
  4. ^ China builds world's most powerful computer. BBC News. 2016-06-20 [2016-06-20]. （原始內容存檔於2019-04-04）. 
  5. ^ Lohr, Steve. You’d Need 63 Billion Years to Do What This Supercomputer Can Do in a Second. New York Times. 2018-06-08 [2018-12-08]. （原始內容存檔於2018-06-10）. 
  6. ^ 6.0 6.1 清华运营的“神威·太湖之光”荣膺世界超算冠军. 清華大學新聞中心. [2016-06-30]. （原始內容存檔於2019-05-20）. 
  7. ^ 全球最快超級電腦 中國大陸神威太湖之光. [2016-06-20]. （原始內容存檔於2016-08-11）. 
  8. ^ 「純中國製」スパコン、速度世界一　心臓部も自主開発、米國の輸出規制が促す？ （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） 朝日新聞デジタル
  9. ^ 最新世界超级计算机TOP500榜单出炉：中国“神威·太湖之光”夺冠. IT之家. [2016-06-21]. （原始內容存檔於2016-06-27）. 
  10. ^ 存档副本. [2021-04-14]. （原始內容存檔於2021-04-26）. 
  11. ^ 申威处理器 中国超算最强芯此款處理器. [2017-06-20]. （原始內容存檔於2019-09-16）. 
  12. ^ China Tops Supercomputer Rankings with New 93-Petaflop Machine. top500.org. [2016-08-07]. （原始內容存檔於2016-10-03）. 
  13. ^ 13.0 13.1 13.2 Dongarra, Jack. Report on the Sunway TaihuLight System (PDF). www.netlib.org. June 20, 2016 [June 20, 2016]. （原始內容存檔 (PDF)於2018-11-10）. 
  14. ^ 神威太湖之光的操作系统是基于 Linux. [2016-06-30]. （原始內容存檔於2017-03-05）. 
  15. ^ Fu, H H; Liao, JF; Yang, J Z. The Sunway TaihuLight Supercomputer: System and Applications. Sci. China Inf. Sci. 2016 [2016-06-22]. doi:10.1007/s11432-016-5588-7. （原始內容存檔於2020-01-25）. 
  16. ^ 16.0 16.1 神威太湖之光超算揭秘：国产260核自研处理器，能效比超高. expreview.com. [2016-08-07]. （原始內容存檔於2021-01-26）. 
  17. ^ ISC 2016開幕、93PFLOPSの「中國純正」スパコンが世界首位 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） 日経テクノロジー
  18. ^ 260核心！中国全新超算自主CPU揭秘：举世震惊. mydrivers.com. [2016-06-21]. （原始內容存檔於2019-05-21）. 
  19. ^ Chinese Research Team that Employs High Performance Computing to Understand Weather Patterns Wins 2016 ACM Gordon Bell Prize. Acm.org. 2016-11-17 [2018-07-22]. （原始內容存檔於2021-01-24）. 
  20. ^ Chinese research team wins top award in supercomputing. News.xinhuanet.com. 2016-11-18 [2018-07-22]. （原始內容存檔於2016-11-20）. 
  21. ^ 央視官方頻道-欢唱太湖之光《奔跑》. YouTube.com. 2017-01-20 [2018-07-22]. （原始內容存檔於2017-02-20）. 
  22. ^ CCTV春晚. 央視官方頻道 - 2017年網路春晚. YouTube.com. 2017-01-20 [2018-07-22]. （原始內容存檔於2017-08-18）. 

外部連結

紀錄
前任者：
天河二號 		世界最強的超級計算機
2016年6月20日 – 2018年6月25日 		繼任者：
高峰
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