上篇文章中，我們了解了“神威·太湖之光”曾是世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)，代表著中國在算力領(lǐng)域的一次重大突破。但很多人不知道，它的真正核心，不是龐大的機(jī)房設(shè)備，而是一顆中國“芯”——申威處理器。

一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)跑得快，并不稀奇；能靠自己造跑得快的芯片，才是真本事。這背后的故事，是中國從“能用超算”到“能造超算”的關(guān)鍵一步。本篇文章，我們就聚焦于這顆中國自主設(shè)計(jì)的芯片——SW26010。

SW26010芯片

（圖片來源：國家超級(jí)計(jì)算無錫中心）

“超算的大腦”：我國自主研發(fā)的申威處理器

申威不是一臺(tái)機(jī)器，而是一種國產(chǎn)高性能處理器的統(tǒng)稱。尤其是在“神威·太湖之光”這臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)中，所采用的正是名為SW26010的申威處理器。換句話說，“申威”是“神威”的大腦，是驅(qū)動(dòng)這臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)完成千萬億次運(yùn)算的計(jì)算核心。

這顆芯片是中國自主研發(fā)、完全不依賴國外架構(gòu)授權(quán)的處理器，具有以下幾個(gè)關(guān)鍵特點(diǎn)：每顆SW26010芯片包含260個(gè)計(jì)算核心，包括256個(gè)運(yùn)算核心和4個(gè)管理核心，整個(gè)神威系統(tǒng)共搭載了40960顆芯片，總計(jì)超過1065萬個(gè)計(jì)算核心。

芯片采用“低頻高并行”策略，適合高效執(zhí)行大規(guī)模科學(xué)計(jì)算任務(wù)?！暗皖l高并行”指的是不追求單個(gè)處理器核心的高主頻，而是通過集成大量低頻核心來實(shí)現(xiàn)整體計(jì)算能力的提升。相比傳統(tǒng)的“高頻少核”方案，這種方式能顯著降低能耗和發(fā)熱，提升系統(tǒng)的能效比。

SW26010架構(gòu)以及從核陣列結(jié)構(gòu)邏輯示意圖

（圖片來源：國家超級(jí)計(jì)算無錫中心）

SW26010-Pro：升級(jí)版“中國芯”

在SW26010的基礎(chǔ)上，我國還研發(fā)出了SW26010-Pro處理器，它是“神威·太湖之光”后續(xù)型號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)所使用的核心芯片。

與SW26010相比，SW26010-Pro在計(jì)算性能、存儲(chǔ)帶寬、能效比、指令集兼容性和編程友好性等方面都有明顯提升。W20610-Pro由6個(gè)核心組和1個(gè)協(xié)議處理單元組成，每個(gè)核心組包含64個(gè)計(jì)算處理元素，總計(jì)384個(gè)內(nèi)核，而SW26010只有4個(gè)核心組，并且每個(gè)核心組都有自己的內(nèi)存控制器，理論帶寬達(dá)到了307.2GB/s，解決了上一代中某些核心互聯(lián)與內(nèi)存訪問瓶頸，提升了多核之間的數(shù)據(jù)傳輸效率。

此外，它還增強(qiáng)了對異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)的支持，更適配未來大規(guī)模并行任務(wù)的需求。

我們?yōu)槭裁匆匝刑幚砥鳎?/p>

在“神威”使用“申威”的那一刻起，中國邁出了超算領(lǐng)域關(guān)鍵的一步：不再依賴國外芯片，而是走上了自主可控的道路。那么，為什么自研處理器這么重要？原因可以歸結(jié)為四個(gè)層面：

1.避免“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)

曾幾何時(shí)，中國的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用的芯片常從國外進(jìn)口。但在2015年，美國政府限制向中國出口高性能計(jì)算芯片，使得“天河二號(hào)”升級(jí)計(jì)劃被迫中止。正是這一事件，直接促使“神威·太湖之光”全面轉(zhuǎn)向國產(chǎn)處理器“申威”。自研芯片，不僅是技術(shù)能力，更是“算力主權(quán)”的保障。

2.滿足國家戰(zhàn)略需求

超級(jí)計(jì)算機(jī)不只是科研工具，它是涉及國防安全、氣候預(yù)測、能源開發(fā)等多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域的“科技基石”。如果關(guān)鍵芯片依賴進(jìn)口，一旦被封鎖，整個(gè)系統(tǒng)將面臨癱瘓風(fēng)險(xiǎn)。唯有自主研發(fā)處理器，才能確保國家最核心的科研和安全任務(wù)順利進(jìn)行。

3.節(jié)能高效、針對性強(qiáng)

國外通用芯片是為“泛用途”設(shè)計(jì)的，即采用通用計(jì)算架構(gòu)，旨在適應(yīng)廣泛的、多樣化的計(jì)算需求，而非專門針對某一特定領(lǐng)域優(yōu)化。而申威處理器從一開始就專為高性能并行計(jì)算優(yōu)化。它采用大量核心、低頻協(xié)同的架構(gòu)，適合大規(guī)?？茖W(xué)模擬、復(fù)雜工程仿真等任務(wù)，在能耗控制和并行效率上具有明顯優(yōu)勢。申威并不追求“單核最快”，而是追求“整體最適合超算”。

總之，自研“申威”，不僅僅是為了實(shí)現(xiàn)自主可用，更是為了擺脫受制于人的困境，掌握技術(shù)發(fā)展的主導(dǎo)權(quán)?！吧裢钡某瑥?qiáng)算力令人驚嘆，但更令人自豪的，是“申威”這顆完全自主的“中國芯”。從芯片到整機(jī)，從被動(dòng)使用到自主設(shè)計(jì)，我們不只是造出了一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，更邁出了自主可控、掌握核心技術(shù)的堅(jiān)實(shí)一步。真正的算力強(qiáng)國，不僅要跑得快，更要掌握方向盤。

不過，硬件的強(qiáng)大僅僅是起點(diǎn)，真正的價(jià)值在于它如何將算力轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際問題的“超級(jí)力量”。這樣一臺(tái)配備自主研發(fā)的芯片、具有強(qiáng)大算力的超級(jí)計(jì)算機(jī)，到底有什么具體的用途呢？我們將在下一篇文章揭曉。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡怡,陳道琨,楊超,等.國產(chǎn)SW26010-Pro處理器上3級(jí)BLAS函數(shù)眾核并行優(yōu)化[J].軟件學(xué)報(bào),2023,35(3):1569-1584.

出品：科普中國

作者：楊超（中國科普作家協(xié)會(huì)）

監(jiān)制：中國科普博覽

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