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芯片技术落后的中国,是如何造出超级计算机的?

2019-12-02 11:22:47| |查看: 3214

[摘要] 2019年,超级计算机排行榜出炉。而在此之前,中国的太湖之光已经蝉联四届第一。他惊异的发现,中国人把美国最优秀的超级计算机cray t3d做到了芯片上面。在工艺落后于英特尔两代的情况下,做出不低于英特

2019年,超级计算机排名公布。许多年后,美国人最终依靠首脑会议重新获得世界最高地位。在此之前,中国太湖之光第四次获得第一名。

与英伟达gpu在summit中使用的12纳米工艺(英伟达今年可能升级到7纳米)相比,神威太湖的28纳米光可视为古董工艺。

显然技术落后了,为什么中国的神奇力量——太湖之光——能在四年的超级计算机排名中名列第一?这背后的秘密是什么?

一.神圣力量的来源

神威太湖灯产于江南。江南的全称是无锡江南计算技术研究所。它长期以来一直在开发独立的高性能计算机。

神威使用神威(以前也叫神威)作为它的处理器,它来自dec的阿尔法处理器。

当时,美国每个主要的计算机公司都有自己的指令集和处理器,dec也不例外。dec的alpha系列是当时的明星处理器,同时浮点性能也是最强大的。

然而,一个成功的处理器不一定能让一个企业成功。康柏于1998年12月收购,惠普于2002年合并。惠普有自己的pa-risc指令集。

结果,阿尔法的产品以不便宜的价格卖给了中国。这是神威的起源。

阿尔法的思想在那时非常先进。amd的k7有阿尔法的影子,英特尔p4的超线程技术是阿尔法。当时,台式机cpu仍在从单核CPU向双核CPU发展,而alpha 21364已经考虑了64核之间的高效通信问题。

现在,被媒体誉为伟大上帝的吉姆凯勒在阿尔法设计团队中长大。

收购dec后,他去amd参与k7的设计,是k8项目的主要设计师。结果,amd在那几年击败了英特尔。

在移动时代,吉姆凯勒去了pa-semi,一家由丹尼尔w .多伯普尔在2003年创立的公司。像吉姆·凯勒一样,他在dec工作,也是alpha 21064和strongarm处理器的主要设计师。

换句话说,pa-semi也是阿尔法的血液。结果帕半从a5购买了苹果,并一直在玩arm的a13处理器的公开版本。

你今天使用的iphone和ipad也有阿尔法血统。

离开苹果后,吉姆·凯勒去amd设计禅。Zen2今年将再次冲击英特尔。

目前,吉姆·凯勒正在英特尔准备一项重大举措。

阿尔法提出了当时许多先进的东西,ev7总线,超线程和多核通信问题。今天,我们使用的英特尔、amd和苹果系列处理器都拥有阿尔法传统。

因此,花了一大笔钱买阿尔法给神威一个很好的基础。

二.江南学院的创新

江南在2006年获得阿尔法后,设计了具有独立微结构的单核cpu和神威1130纳米工艺技术,主频为900mhz,集成5700万晶体管。神威2号于2008年完工,是一款130纳米双核cpu,主频为1.4ghz。

这样落后的技术可以实现这样高的主频,因为江南研究院当时与工厂有着深入的合作,优化和提高主频,实际性能良好。

2010年,神威1600采用16核cpu,65纳米处理技术,主频1.1g,双精度浮点140g,神威蓝光超编采用神威1600。

在技术规格方面,16核神威1600为1.1ghz时,双精度浮点运算能力为140.8g,i7 980xe 6内核为3.2ghz,双精度浮点为107.55g,i7功耗为130w,神威1600功耗为70w。神威当时在性能和功耗比上都超过了英特尔。然而,神威的技术却很落后,从65纳米到32纳米。

太湖之光是神威26010。双精度浮点的峰值为3.06次浮点运算,与K9着陆处于同一水平。

神威26010采用“cpu+加速器”(管理核心+操作核心)的方案,64位risc(主频1.45ghz),260个处理核心,4个内存控制器。处理器包括四个核心组,每组有65个核心,由8×8网格架构计算集群(cpe)、管理单元(mpe)和内存控制器(mc)组成。

这个想法属于许多核心。事实上,阿尔法21364考虑了当年64个内核的通信问题。神威有着良好的基础。

后来,许多核武器变得流行起来,每个人都堆积了小核武器。神威的结构恰到好处。让这东西超级棒是合适的。

美国超级计算机丹尼尔曾经视察过江南学院的神奇力量——太湖之光。他惊讶地发现中国人已经在芯片上构建了美国最好的超级计算机克雷t3d。

在技术落后英特尔两代的情况下,使性能不低于英特尔。在一定的功耗范围内,堆核的数量超过了英特尔的超级计算机,其性能是世界上最高的。

由于指令集的差异,江南学院申威太湖的轻浮点性能远远优于x86指令集的英特尔处理器。

因此,能够赶上神威的是使用nvdiai异构计算的超级计算机。

领先四年后,它被拥有先进技术的产品超越了好几代。毫无疑问,江南自有创新。

三、超级计算机的未来

2019年,中国的神奇力量太湖被美国超越。但从技术角度来看,落后两代人。

从单个核心的表现来看,申威在今天也很弱。28nm 2ghz约为2ghz臂a75-a76的水平。像苹果a12和a13这样的武装阵营使用的cpu核心结构远远落后。

神威的优势在于其先进的结构和核心之间低成本的互连和通信。

然而,随着技术的发展,神威可以提高其技术和单核性能。现在,SMIC的12纳米已经大规模生产,7纳米电动汽车就在眼前。申伟重返世界之巅只是时间问题。

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