“神威·神威太湖之光光”有多牛

中国首获戈登贝尔奖&揭秘“神威?太湖之光”到底有多快?【3】
作者:佚名&&&&&来源:&&&&
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  开机一分钟地球人算32年
  今年6月,“神威?太湖之光”成为世界最快超级计算机,运算速度全球第一。这是全球首个突破10亿亿次的超级计算机,该套系统包括处理器在内的所有核心部件全国产化。中国超算是否已经迈上世界之巅?“神威?太湖之光”运算速度到底有多快?据悉,其运算一分钟相当于地球人算32年。
  “简单来说,这套系统1分钟的计算能力,相当于全球72亿人同时用计算器不间断计算32年;如果用2016年生产的主流笔记本电脑或个人台式机作参照,‘太湖之光’相当于200多万台普通电脑。”国家超级计算无锡中心主任杨广文介绍。“神威?太湖之光”由40个运算机柜和8个网络机柜组成。一台机柜就有1024块处理器,整台“神威?太湖之光”共有40960块处理器。“每一块处理器相当于20多台常用笔记本电脑的计算能力,4万多块再组装到一起,速度之快可想而知。”杨广文说。
(责任编辑:何叶)
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  【新智元导读】北京时间今日凌晨 4:20 时许美国盐湖城 SC16大会上,我国自主研发的超算系统“神威&太湖之光”继日前蝉联TOP 500世界第一殊荣后,一举拿下高性能计算应用最高奖“戈登?贝尔奖”,实现了我国在该奖项上零的突破,成为中国高性能计算应用发展新的里程碑。
  日(北京时间 18日凌晨4:20左右),美国盐湖城 SC16 大会上,我国全自主国产处理器构建的超级计算机“神威&太湖之光”,继不久前蝉联TOP 500榜单世界第一后,一举拿下“戈登?贝尔”奖,实现了我国高性能计算应用在此项大奖上零的突破,成为我国高性能计算应用发展的一个新的里程碑。
  “戈登?贝尔”奖(ACM Gordon Bell Prize)设立于1987年,是国际高性能计算应用领域最高奖,由美国计算机协会(ACM)每年11月在美国召开的超算领域顶级会议(SC)颁发,旨在奖励时代前沿的并行计算研究成果,特别是高性能计算创新应用的杰出成就,被誉为“超级计算应用领域的诺贝尔奖”。与TOP 500着眼于高速计算硬件性能不同,戈登?贝尔奖更注重于高性能计算应用水平。美日研究人员凭借运行在美国“泰坦”超级计算机、日本“京”超级计算机上的应用,都曾经连续获得该奖项。而事实上,近30年来,该奖项一直被美国和日本垄断。
  今天,中国终于打破了这一垄断!本次获奖表明,“神威&太湖之光”不仅多项指标世界第一,也可依托其强大的运算能力解算出世界一流的应用成果,未来更有能力开展实际大规模挑战性应用。
  蝉联 Top 500 榜首,硬件指标世界第一
  “神威&太湖之光”的名字在今年 6 月就刷爆过朋友圈,在第 47 次 HPC TOP500 榜单上,它取代天河2号,成为全球运算速度最快的计算机,也是世界上第一台性能接近100P 的机器。不仅如此,神威的上榜也让中国首次超越美国,成为入围 TOP500 超级计算机总数量最多的国家。
  几天前,每年按例发布两次的 ISC TOP500 榜单再次公布,神威&太湖之光蝉联第 48 次 HPC TOP500 冠军。
  今年11月公布的第 48 届Top500 榜单,排名前十的超级计算机系统,神威&太湖之光继今年6月首次登顶后,蝉联榜首
  TOP 500 评选注重高速计算硬件性能,神威&太湖之光的表现足以证明中国的超算运算能力。平台已经搭建好,只待在基础上开展深度研究,解决很多只有超算才能解决的重大科学与产业问题。
  软件应用迎头赶上,戈登&贝尔奖实现零的突破
  “戈登?贝尔”奖领奖现场
  此次全球共有 6 项应用成果入围“戈登&贝尔”奖最终提名,其中 5 项都来自中国,几乎包揽了该奖项 2016 年全部提名。在这 5 项提名中,又有 3 项都是基于“神威&太湖之光”系统的全机应用:①“千万核可扩展全球大气动力学全隐式模拟”、②“高分辨率海浪数值模拟”、③“钛合金微结构演化相场模拟”。另外 2 项应用分别为国家海洋局海洋一所与清华大学合作的“高分辨率海浪数值模拟”,还有中科院网络中心的“钛合金微结构演化相场模拟”。
  2016 年度的“戈登?贝尔”奖授予了基于“神威&太湖之光”的全机应用《千万核可扩展全球大气动力学全隐式模拟》,由中国科学院软件研究所、清华大学、北京师范大学、国家并行计算机工程技术研究中心,以及国家超级计算无锡中心的联合团队共同完成。
  “戈登?贝尔”奖证书
  该应用团队设计并开发了一种新的用于大气动力框架的高可扩展全隐式求解器,世界上首次在大规模异构系统上实现了高效和千万核可扩展的全隐式求解,并将模拟分辨率提升至500米以内,有望未来应用于全球高分辨率气候模拟和高精细数值天气预报。
  该课题在应用与算法两个层面实现了重大突破:
应用层面,大气动力过程的模拟速度较美国下一代大气模拟系统(AM3,GFDL开发)的计算效率提升近一个数量级,全隐式求解方法是未来超高分辨率大气模式构建的一种新选择;
算法层面,实现目前世界上第一个可扩展到千万核,峰值效率超过 6% 的隐式求解器,较 2015 年“戈登?贝尔”奖工作在并行度和峰值效率均提升一个数量级。
国家超级计算无锡中心付昊桓副主任、甘霖博士与杨超研究员在获奖现场
国家超级计算无锡中心赴美人员获奖集体合影
  本次荣获戈登&贝尔奖,是对“神威&太湖之光”开展实际应用课题的肯定。可以预见,“神威&太湖之光”将围绕世界重大科技需求,持续开展高性能计算应用服务,支持高性能计算发展战略及创新型国家建设,特别将在能源环境、先进制造等领域发挥重要作用。
  获得“戈登&贝尔”奖,对中国超算意味着什么?
  根据微信公众号“本来科技”赵广立报道《“神威”应用摘得“戈登&贝尔”奖!向世界证明中国超算不光拼速度》,超级计算机系统作为各国科技竞争力和综合国力的重要标志,是世界高技术领域的一个战略制高点。而使超级计算机系统真正发挥效用、为各领域提供高效计算服务,还是由高性能计算的应用发展水平决定。如果说超算设备和性能是各国高性能计算的硬实力,那么应用水平则象征着各国高性能计算的软实力。也就是说,各国卯足了劲儿发展高性能计算,不仅在于其战略地位,更在于其应用实效。
  这些年来,中国超算取得的成绩有目共睹。“天河二号”、“神威&太湖之光”屡屡在性能指标上攀上世界之巅,我国在高性能计算机的数量和用户类型上也达到了前所未有的层次。然而却始终未能获得戈登&贝尔奖。
  2014年的中国计算机大会专门召开专题论坛,聚焦“戈登贝尔奖离我们还有多远”。
  因此,本次获奖消息比更令人振奋!朋友圈里的大佬们都难掩激动!
超算界第一时间向团队表示祝贺
  从另一个角度,高性能计算机系统研制水平的不断提高,最终的落脚点仍应是为了更好地使用其计算资源,并在此基础上产生更为广泛的成果和效益。“用好超级计算机甚至比研制超级计算机更难”已成为国内外业界共识。
  诺贝尔评选委员会在2013年将诺贝尔化学奖授予美国化学家的“为复杂化学系统创立了多尺度模型”研究时就在声明中说:“对化学家来说,计算机是同试管一样重要的工具。”因此,如果只有计算机而不会用它,无异于空有宝刀而不能断朽木。
  神威&太湖之光技术三大突破
  今年 6 月,神威&太湖之光首次登顶 Top 500 榜首时,新智元就对此进行了报道。神威&太湖之光由国家并行计算机工程技术中心研发,在无锡国家超算中心安装完成,日完成整机系统性能测试,目前由清华大学负责运营。
  神威&太湖之光使用我国自主研发和制造的 CPU 处理器――申威 26010(SW 26010),采用众核+CPU架构,含有将近 1065 万个内核,主内存 1.31 PB。
神威&太湖之光核心组示意图
  64个计算核心排列为8x8的矩阵。4个内存控制器总共提供了136.5GB/s的带宽。
  每组内部有自己的专属内存空间,组间通过片上网络(NoC)进行通讯。片上网络还连接着系统接口(SI),供芯片同外部设备通讯。
  神威&太湖之光架构示意图
  神威&太湖之光专为提升运算速度设计,简单的架构正是它运算速度胜过其他高能耗 HPC 系统的原因。
  国家超级计算无锡中心主任杨广文教授 6 月份在接受《人民日报》采访时表示,神威&太湖之光一分钟的计算能力相当于全球 72 亿人同时用计算器不间断计算 32 年。
  杨广文说:“从低功耗、高集成度的处理器设计,到高速高密度的工程实现技术;从世界领先的高效水冷技术,到软硬件协同、智能化的功耗控制方法,‘神威太湖之光’实现了层次化、全方位的绿色节能,功耗比达到每瓦特 60.51 亿次运算。”
  神威&太湖之光运算峰值为 125.4 Pflop/s,持续性能 93 Pflop/s,比天河 2 号快了将近 3 倍,比排名第 3 的美国橡树岭实验室的机器快了 5 倍,也是国际第一台性能接近 100P 的机器。
  美国Titan、天河二号、太湖之光参数对比
  神威&太湖之光每瓦特浮点运算次数达到了 6 亿次――目前,世界排名前 10 的其他超级计算机能耗比都在 2 Gflops/W 左右――也即能耗比达到 6 Gflops/W,与 Green500 第一的日本机器相差不到10%,但太湖之光规模明显更大,因此实现的技术独到。
  世界排名第 2 到第 6 的超级计算机,每瓦特浮点运算次数都在 2 亿次左右
  硬件、软件合力推动中国智能产业发展
  ,文中提到中国超算的发展长久以来一直受到关注,但外界对于这个很烧钱的战略项目也有不少质疑,其中很重要的一个原因就是中国花大价钱造出了全球性能最好的超算,但在应用方面却“吃不饱”,甚至有用“十车道高速路上跑着很少的车辆”来形容中国超算性能与应用水平之间的关系。
  11月,采用中国自主设计和研发的芯片的神威&太湖之光蝉联 Top 500 榜首,在超算领域树立了新的标杆,在美国 X86 之外建立了新的生态。而今,再一举拿下戈登贝尔奖,意味着我国超级计算应用软件研制水平和应用水平已得到显著提升。
  以神威&太湖之光为代表的中国超级计算系统的崛起,也预示着中国智能产业的飞速提升。
  资料来源:
“神威?太湖之光”再传捷报――其应用成果荣获高性能计算应用最高奖“戈登?贝尔”奖,微信公众号“国家超级计算无锡中心”
赵广立,“神威”应用摘得“戈登&贝尔”奖!向世界证明中国超算不光拼速度,微信公众号“本来科技”
刘扬,《独家专访中国超算“掌门人”:揭开太湖之光之谜》,环球网
  :COO、执行总编、主编、高级编译、主笔、运营总监、客户经理、咨询总监、行政助理等 9 大岗位全面开放。
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“神威?太湖之光”神在何处?
中国超算 惊艳世界
“神威?太湖之光”神在何处?
制图:潘旭涛
“申威26010”众核处理器。
新华社记者 李 响摄
  6月20日,德国法兰克福国际超算大会(ISC)公布了新一期全球超级计算机500强榜单,由国家并行计算机工程技术研究中心研制的“神威?太湖之光”运算速度夺得世界第一。更令人振奋的是,这套系统实现了包括处理器在内的所有核心部件全面国产化。
  “神威?太湖之光”运算速度究竟有多快?它可以在哪些方面大显身手?核心部件的国产化意味着什么?国产超级计算机的推广应用还需要在哪些方面不断完善?记者带您寻找答案。
  1分钟完成地球人32年计算
  江苏,国家超级计算无锡中心。“神威?太湖之光”的机身就安放在一间约1000平方米的房间内。它由40个运算机柜和8个网络机柜组成,每个运算机柜比家用的双门冰箱略大。打开柜门,4块由32块运算插件组成的超节点分布其中;每个插件由4个运算节点板组成,一个运算节点板又含2块“申威26010”高性能处理器。据统计,一台机柜装有1024块处理器,整台“神威?太湖之光”共有40960块处理器。
  这样一个“庞然大物”的运行速度究竟有多快?国际超算大会上传来的数据显示,“神威?太湖之光”系统的峰值性能为12.5亿亿次/秒,世界第一;持续性能为9.3亿亿次/秒,还是世界第一。
  “简单来说,这套系统1分钟的计算能力,相当于全球72亿人同时用计算器不间断计算32年;如果用2016年生产的主流笔记本电脑或个人台式机作参照,‘太湖之光’相当于200多万台普通电脑。”对此,国家超级计算无锡中心主任杨广文作了一个形象的比较。
  “每一块处理器相当于20多台常用笔记本电脑的计算能力,4万多块再组装到一起,速度之快可想而知。”
  据了解,在全球超级计算机500强榜单上,名列前十的除了“神威?太湖之光”,还有中国的“天河二号”、美国的“泰坦”与“红杉”、日本的“京”、美国的“米拉”与“三一”、瑞士的“代恩特峰”、德国的“花尾榛鸡”和沙特阿拉伯的“沙欣II”。但在运算速度上,“神威?太湖之光”接近“天河二号”的3倍,美国“泰坦”的5倍,超过排名第二到第五的4台超级计算机运算速度的总和。
  超级计算机500强排名发起人杰克?唐加拉表示,相比10年前中国只有28台超级计算机进入世界500强榜单并且名列30名以外,“在超级计算机历史上,中国进步的速度和广度前所未有。除了美国的领先地位被打破,中国的整体阵容也大大超越了其他国家。”
  榜单上的成绩证明了唐加拉的看法。因为不仅排在前两名的计算机属于中国,整个500强榜单里中国入榜的超级计算机数量达到167台,超过美国的165台。
  事实上,中国在1958年才刚刚开始在超级计算机领域的探索。从首台数字电子计算机――103机到1983年成功研制“银河”系列超级计算机,再到曙光系列、神威超级计算机,中国在这一领域的发展越来越快,成果越来越多。
  预测天气检查身体更加准确
  超级计算机为何需要拼速度?计算快能够带来更好的应用吗?
  针对这一问题,中山大学数据科学与计算机学院院长钱德沛表示,计算机速度越快,性能越好,那么在应用过程中精准度就会越高,提升了检测和预判的准确性。
  比如在预测天气方面,近年来准确度的提升就离不开超级计算机的功劳。北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院王兰宁教授表示,下不下雨关键看云层运动,在没有超算之前,观测云层的精度是按照经纬度。有了超算之后,就可对云层运动进行精确模拟与观测。
  2011年,他在天津的“天河一号”上实现了观测精度10万公里的目标;随后,他又在“神威蓝光”实现了1万公里精度;今年,他在“神威?太湖之光”上实现了9公里精度。如今,他又在向着3公里精度努力。
  更值得一提的是,“神威?太湖之光”系统可以在30天内完成未来100年的地球气候模拟,这在之前是不可想象的。有专家表示,以往过去2到3小时才能发出的海啸预警,现在最快十几分钟就可以完成。
  除了预测天气,还有更多接地气的事情倚仗超级计算机来解决。
  建一栋楼对周边的环境到底有什么影响?如何建设风道便于污染物扩散?中科院深圳先进技术研究院正在国家超算无锡中心进行的一项课题,就是深圳市污染物扩散的模拟。通过超算模拟,可以根据目前污染物的情况,计算出未来一段时间的大气污染物浓度和分布,进行空气质量预报。
  “现在已经可以实现倒推排查究竟是哪个排放点导致了某次大气污染,未来将能够实现每个小区、每个居民点空气质量的准确预报。”中科院深圳先进技术研究院副研究员陈荣亮说。
  而在医疗方面,超级计算机能够通过扫描真人的血管系统,运用3D建模技术建立动脉系统模型,成功地再现整个人体的动脉系统。陈荣亮近日便用“神威?太湖之光”对人体血流进行了模拟与分析。
  “过去,对一个可能发生脑梗塞的病人,医院难以判断是否要进行支架手术,一般都会通过从大腿动脉处放进测压导丝进行测量,这种方式既危险又痛苦。如今,经过模拟计算,只要血流储备分数小于0.8,就要做手术。”陈荣亮说。
  此外,钱德沛表示,不论是在石油勘探、生物信息、新药创新、材料化工,还是环境科学、船舶工程、航空航天设计、传统制造业改造等方面,超级计算机都可以发挥作用。
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3天后,降雨云层将移动到哪里?海啸预警能否第一时间发送出去?如何建设风道以便污染物扩散?借助超级计算机的强大运算和模型处理能力,这些问题都有望得到解决。
日前,德国法兰克福国际超算大会公布新一期全球超级计算机500强榜单,来自中国的&神威&太湖之光&荣登榜首。这台全球最快的计算机,到底有哪些过人之处?它可以在我们平时生活的哪些方面大显身手?
三招&必杀技&
在国家超级计算无锡中心,&神威&太湖之光&的机身安放在一间约1000平方米的房间内。它由40个运算机柜和8个网络机柜组成,里面放有40960块高性能处理器;其峰值运算速度为12.5亿亿次/秒,持续性能为9.3亿亿次/秒,双双位列全球第一。
&简单来说,这套系统1分钟的计算能力,相当于全球72亿人同时用计算器不间断计算32年。如果用2016年生产的主流笔记本电脑或个人台式机作参照,它相当于200多万台普通电脑。&国家超级计算无锡中心主任杨广文作了一个形象的比较。
中国科学院计算所研究员张云泉介绍,&神威&太湖之光&之所以如此厉害,关键在于具备三招&必杀技能&:
第一招&&速度较量,唯快不破。&神威&太湖之光&的运算速度是此前的世界冠军&天河二号&的3倍。在超级计算机基准程序测试中,&神威&太湖之光&仅用4小时就完成了&天河二号&20多个小时才能完成的运算任务。
第二招&&最强大脑,中国芯。超级计算机主要依靠提高并行度和设备规模来提升计算速度。&神威&太湖之光&拥有超过1000万个处理器核,远远超过 &天河二号&的300多万个。更令人振奋的是,&神威&太湖之光&是完全采用中国芯&&&申威26010&,制造出来的最强大的超级计算机。&申威 26010&是一个只有5厘米见方的高性能处理器,却集成了260个运算核心、数十亿晶体管,其单芯片计算能力相当于3台2000年全球排名第一的超级计 算机。
第三招&&绿色节能,又快又省。&神威&太湖之光&的功耗比达到每瓦60.51亿次,在运行速度和持续计算能力大幅提升的同时,功耗不升反降。
&算天算地算人&
以美国为例,超级计算机应用大致可分为几类:一类是与国家安全密切相关的使命性应用,如美国能源部各国家实验室从事的核武器设计、试验、改进和安全 储存的研究,需要超级计算机进行全物理、全系统、真三维的数值模拟;一类是应对环境、健康等重大挑战,如聚变能源、全球气候变化、新材料设计、新药创制 等;还有一类是以计算促进基础科学研究和重大科学发现,如在宇宙起源、脑功能、基因和蛋白质组学等方面的应用。
&超级计算机应用可以简单概括为三个词:算天、算地、算人。&中国科学院深圳先进技术研究院副研究员陈荣亮表示。不论是在石油勘探、生物信息、新药 创新、材料化工,还是环境科学、船舶工程、航空航天设计、传统制造业改造等方面,超级计算机都可以发挥作用。同时,基于人工智能技术发展,大数据、金融计 算等将成为超级计算机应用的新领域。
目前,中科院深圳先进技术研究院正在国家超级计算无锡中心进行一项课题&&深圳市污染物扩散模拟。通过超算模拟,可以根据目前污染物的情况,计算出未来一段时间的大气污染物浓度和分布,从而精准进行区域空气质量预报。
&现在已经可以实现倒推排查究竟是哪个排放点导致了某次大气污染,未来将能够实现每个小区、每个居民点空气质量的准确预报。&陈荣亮说。
而在医疗领域,超级计算机能够通过扫描真人的血管系统,运用3D建模技术建立动脉系统模型,成功地再现人体动脉系统。陈荣亮日前使用&神威&太湖之光&对人体血流进行了模拟与分析。
&过去,对一个可能发生脑梗塞的病人,医院难以判断是否要进行支架手术,一般都会通过从大腿动脉处放进测压导丝进行测量。这种方式既危险又痛苦。如今,经过模拟计算,只要血流储备分数小于0.8,就可以做手术。&陈荣亮说。
英国《柳叶刀》杂志还进一步推测,通过超级计算机的大量运算,可以有效模拟人体器官对各类药物的反应。这样做能够大大缩短新药物的研发时间,让各类新药物尽快为患者服务。
此外,法国石油巨头道达尔早在2013年,就启用超级计算机进行石油资源勘探。借助其强大的运算能力,道达尔可以更加精确地判断石油蕴藏的规模及开 采几率。美国波音等航空制造企业,也开始大量使用超级计算机进行包括发动机、飞机等的辅助设计。而在好莱坞,众多电影制作公司也尝试使用超级计算机进行电 影后期特效处理,《阿凡达》《2012》等影片的强大特效就利用到了各种类型的超级计算机。
目的是造福人类
在全球超级计算机500强榜单上,名列前十的除了&神威&太湖之光&,还有中国的&天河二号&、美国的&泰坦&与&红杉&、日本的&京&、瑞士的 &代恩特峰&、德国的&花尾榛鸡&等。在运算速度上,&神威&太湖之光&接近&泰坦&的5倍,超过排名第二到第五的超级计算机运算速度总和。
但要真正从&超算大国&发展为&超算强国&,我们还面临核心技术、软件配套及应用前景拓展等多方面的障碍。
核心技术上,虽然我国的超级计算机发展取得了很大成果,但其中需要解决的关键技术环节还比较多。以能耗为例,&神威&太湖之光&一年的用电量达到15兆瓦时,相当于3个清华大学的用电量。倘若要进一步使运行速度提升至百亿亿次,相关能源消耗恐怕非常惊人。
软件配套上,存在&重硬件、轻软件&的倾向,导致目前相关商业应用软件主要为国外所垄断。据统计,国内超级计算机研发经费中用于开发应用软件的不足 10%,而在美国这一比例为30%以上。&某种程度上说,超级计算机系统的应用比计算机本身更重要。因为没有软件,计算机就是个空壳。&陈荣亮透露,我们 正在逐步加大软件的研发,但相关人才还比较匮乏。
应用前景拓展上,超级计算机投入商用还面临一个市场信任的问题。2014年4月&天河二号&试运行对外开放期间,只有120家企业和研究机构选择试用,许多商用飞机公司宁可使用过时的计算平台也不愿意采纳这一新系统。
另外,如何打造便携式超级计算机,并推进与人工智能技术融合,是超级计算机商用化、终端化不可回避的问题。
&超级计算机的发展根本动力来自于需求,超级计算机的最终目的应该是造福人类。在这一基本认知下,中国发展超算应该从需求出发,解决最迫切的应用问题。&863重点专项专家组组长钱德沛强调,我们要有争第一的意识,但不要太在意,还是要从应用出发。
未来,我国超级计算机应在四个方向发挥作用:首先是全球高分辨率模拟,为气候变化研究提供量化研究的基础;其次是先进制造,强大的计算机将助力&中 国制造&转向&中国创造&;第三个方向是生命科学,为研发新药和探索生命奥秘提供支撑;第四个方向是大数据分析。应用需求和算法的发展,将不断推动超级计 算机跑得更快、更强。
来源:解放日报
(见习编辑 刘小笛)
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