揭秘太湖之光：純國產(chǎn)如何稱雄TOP500？

　　第1篇：超算界的角斗場：TOP500是什么?

　　1946年，由美國軍方定制的電子計(jì)算機(jī)“ENIAC”面世，當(dāng)時(shí)的這個(gè)“大家伙”每秒可執(zhí)行5000次加法或400次乘法運(yùn)算。經(jīng)過了70年的發(fā)展，超算的運(yùn)行速度已經(jīng)達(dá)到億億次/秒級別。在今年6月的ISC 2016上，TOP500公布了新一屆世界冠軍：神威·太湖之光。有人不禁會問，這款超算究竟有何能力超過天河二號?國產(chǎn)處理器申威26010，又是怎樣的秘密武器?

　　神威·太湖之光

　　超算界的角斗場：TOP500

　　自1993年以來，國際TOP500組織每年都會按照Linpack測試性能公布全球已部署的前500臺超算，每年會有兩次排名，旨在促進(jìn)超算領(lǐng)域的交流和合作，推廣應(yīng)用。由于在2002年之前，中國HPC(高性能計(jì)算)未曾向國際申報(bào)過Linpack結(jié)果，因此沒有被列入TOP500。后來，隨著相關(guān)機(jī)構(gòu)陸續(xù)開放測試，中國開始在國際超算市場嶄露頭角，迅速成為前10名的?？汀?/p>

　　Linpack最早在1974年4月被使用，是當(dāng)前最流行的用于測試高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)浮點(diǎn)性能的基準(zhǔn)，通過超算求解N元一次稠密線性代數(shù)方程組的方式做出評估。Linpack測試包括Linpack100、Linpack1000和HPL。其中，HPL被稱為高度并行計(jì)算基準(zhǔn)測試，是針對現(xiàn)代并行計(jì)算機(jī)提出的測試方式，應(yīng)用范圍更廣。

　　計(jì)算峰值是衡量計(jì)算機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，所謂的浮點(diǎn)計(jì)算峰值分為理論值和實(shí)測值，前者是計(jì)算機(jī)理論上每秒能完成浮點(diǎn)計(jì)算的最大次數(shù)，主要由CPU主頻決定，后者是Linpack測試值，即在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行Linpack測試程序，通過一系列調(diào)校得到的最優(yōu)測試結(jié)果。

　　在德國法蘭克福舉行的第47屆國際超算大會上，一串帶有中國特色的英文“TaiHuLight”成了全場焦點(diǎn)，它的官方名稱是“神威·太湖之光”。這款超算以93Petaflops的Linpack峰值性能力壓天河二號，領(lǐng)跑TOP500，與它一起出名的，還有國產(chǎn)處理器申威26010。值得一提的是，中國上榜的HPC數(shù)量(167臺)也首次超過了美國(165臺)。

　　太湖之光登頂TOP500

　　除了排在前兩位的太湖之光和天河二號，第四至十名的超算依次為泰坦、Sequoia紅杉、日本K京、Mira、Trinity、Piz Daint、Hazel Hen和Shaheen II。根據(jù)官方的說法，中國是繼美國、日本之后，全球第三個(gè)采用自主CPU建成千萬億級別超級計(jì)算機(jī)的國家。

　　作為曾經(jīng)的TOP500六冠王，這里也有必要提一下天河二號，其由國防科大研發(fā)，落戶在廣州超算中心，搭載英特爾Xeon處理器，運(yùn)行的是基于Linux的麒麟系統(tǒng)，創(chuàng)新性地采用了異構(gòu)融合體系結(jié)構(gòu)。天河二號的計(jì)算節(jié)點(diǎn)能耗約為18兆瓦，加上散熱系統(tǒng)的整體能耗在20兆瓦以上。

　　第2篇：太湖之光首秀奪冠 軟硬件實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化

　　初識“太湖之光”

　　事實(shí)上，今年的ISC并非是神威家族的首秀，2011年曾經(jīng)有一個(gè)神威藍(lán)光系統(tǒng)，被安裝在濟(jì)南的國家超級計(jì)算中心，當(dāng)時(shí)在TOP500上排名第14，所使用的申威SW1600是第三代16核芯片。上線五年之后，在863計(jì)劃的支持下，中國國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)國家研究中心(NRCPC)推出了更強(qiáng)大的申威SW26010處理器，幫助太湖之光奪取了冠軍。

　　太湖之光搭載申威26010眾核處理器，運(yùn)行速度超過10億億次/秒，峰值性能12.54億億次/秒，持續(xù)性能達(dá)到9.3億億次/秒，功耗比達(dá)到每瓦特60.51億次運(yùn)算。與天河二號相比，持續(xù)計(jì)算速度提升了近3倍，測試功耗卻更低(15371KW，天河二號為17808KW)。在Linpack測試中，太湖之光用4個(gè)小時(shí)就完成了天河二號20多個(gè)小時(shí)才能完成的運(yùn)算任務(wù)。

　　申威26010處理器，主板為雙節(jié)點(diǎn)(圖片來自Jack Dongarra)

　　太湖之光的整機(jī)效率達(dá)到74.16%，相比之下泰坦為65.19%、天河二號為55.83%，這在性能愈強(qiáng)、規(guī)模愈大的情況下，是很不容易的。性能功耗比方面，太湖之光的成績?yōu)?G/W，泰坦為2.143G/W，天河二號為1.95G/W。此外，太湖之光在Green500也躋身三甲，考慮到排在前兩位的超算搭載的是低功耗英特爾E5，因此這一成績值得肯定。

　　整體來看，太湖之光的架構(gòu)應(yīng)該是沿用了藍(lán)光的MPP(大規(guī)模并行處理)分布式方案，更符合傳統(tǒng)的HPC應(yīng)用，效率更高。太湖之光由40個(gè)計(jì)算機(jī)柜組成，每個(gè)機(jī)柜有4個(gè)SuperNode(256個(gè)節(jié)點(diǎn)組成)，共擁有40960個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)單CPU有260個(gè)核心，主板為雙節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，每個(gè)CPU固化的板載內(nèi)存為32GB DDR3-2133。

　　太湖之光機(jī)柜組成(圖片來自Jack Dongarra)