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神威·太湖之光

四月 19, 2023

坐标：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 （英語：Sunway TaihuLight）是由中國国家并行计算机工程技术研究中心研制的超級计算机，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），成爲当时世界上最快的超级计算机[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]，由清華大學負責运营[6]。

神威·太湖之光
啟用時間2015年12月31日
承建商国家并行计算机工程
技术研究中心
作業管理者国家超级计算无锡中心
清華大學
置放地點 中国江苏省无锡市
架構40,960枚申威处理器
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
内部存儲器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，生命科学
天气预报，工业设计
药物研发
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]该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·太湖之光使用国家高性能集成电路（上海）设计中心研发的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（英语：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（英语：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（英语：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多年历史，主要面向高性能领域和通用计算领域。中国工程院院士陈左宁表示，在通用计算领域，神威睿思操作系统的主要优势在于自主可控度高和安全性强等方面[14]。

该系统具有其自身的定制化实现的OpenACC2.0以帮助代码并行化[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

清華大學地球系统科学研究中心與计算机系合作，利用“神威·太湖之光”首次实现了百万核规模、高分辨率的地球系统数值模拟。此前，中國大陸的地球模拟系统模式只能达到200公里网格规模的分辨率，但现在已可开展25公里网格分辨率的地球系统模拟工作，在海洋上可达到10公里分辨率。

目前，三十多家用户单位在天气气候、航空航天、海洋科学、新药创制、先进制造、新材料等领域与国家超算无锡中心开展了合作[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，舉辦了欢唱太湖之光橋段，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，由清華大學女博士(在讀)丁楠領隊，楊晉喆(倫敦帝國理工學院博士)，甘霖(清華大學博士后)，劉加賀(清華大學碩士在讀)等20多人組成。[22]

参见

参考文献

  1. ^ 1.0 1.1 China Tops Supercomputer Rankings with New 93-Petaflop Machine. www.top500.org. [2016-06-20]. （原始内容于2019-05-31）. 
  2. ^ 陸神威太湖之光 躍居全球最快超級電腦. [2016-06-20]. （原始内容于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]. （原始内容于2019-05-14）. 
  4. ^ China builds world's most powerful computer. BBC News. 2016-06-20 [2016-06-20]. （原始内容于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]. （原始内容于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. 清华大学新闻中心. [2016-06-30]. （原始内容于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]. （原始内容于2016-08-11）. 
  8. ^ 「純中国製」スパコン、速度世界一　心臓部も自主開発、米国の輸出規制が促す？ （页面存档备份，存于互联网档案馆） 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]. （原始内容于2016-06-27）. 
  10. ^ 存档副本. [2021-04-14]. （原始内容于2021-04-26）. 
  11. ^ 申威处理器 中国超算最强芯此款處理器. [2017-06-20]. （原始内容于2019-09-16）. 
  12. ^ China Tops Supercomputer Rankings with New 93-Petaflop Machine. top500.org. [2016-08-07]. （原始内容于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]. （原始内容 (PDF)于2018-11-10）. 
  14. ^ 神威太湖之光的操作系统是基于 Linux. [2016-06-30]. （原始内容于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. （原始内容于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]. （原始内容于2021-01-26）. 
  17. ^ ISC 2016開幕、93PFLOPSの「中国純正」スパコンが世界首位 （页面存档备份，存于互联网档案馆） 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]. （原始内容于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]. （原始内容于2021-01-24）. 
  20. ^ Chinese research team wins top award in supercomputing. News.xinhuanet.com. 2016-11-18 [2018-07-22]. （原始内容于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]. （原始内容于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]. （原始内容于2017-08-18）. 

外部連結

  • （英文）Top500 list entry for the Sunway TaihuLight （页面存档备份，存于互联网档案馆）
紀錄
前任者：
天河二號 		世界最强的超级计算机
2016年6月20日 – 2018年6月25日 		繼任者：
高峰

四月 19, 2023
神威, 太湖之光, 坐标, 5486139, 2480389, 5486139, 2480389, 英語, sunway, taihulight, 是由中國国家并行计算机工程技术研究中心研制的超級计算机, 2016年6月20日在linpack效能測試中以, 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, 成爲当时世界上最快的超级计算机, 直到2018年6月8日被美國的超級電腦高峰, summit, 超越, 太湖之光, 的命名來源於無錫旁邊的太湖, 目前部署在江蘇. 坐标 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 英語 Sunway TaihuLight 是由中國国家并行计算机工程技术研究中心研制的超級计算机 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 成爲当时世界上最快的超级计算机 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 由清華大學負責运营 6 神威 太湖之光啟用時間2015年12月31日承建商国家并行计算机工程技术研究中心作業管理者国家超级计算无锡中心清華大學置放地點 中国江苏省无锡市架構40 960枚申威处理器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 平方米内部存儲器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 生命科学天气预报 工业设计药物研发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 该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 目录 1 硬體 2 軟體 3 效能 4 應用 5 逸聞 6 参见 7 参考文献 8 外部連結硬體 编辑神威 太湖之光使用国家高性能集成电路 上海 设计中心研发的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 英语 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 英语 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 英语 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 编辑神威 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多年历史 主要面向高性能领域和通用计算领域 中国工程院院士陈左宁表示 在通用计算领域 神威睿思操作系统的主要优势在于自主可控度高和安全性强等方面 14 该系统具有其自身的定制化实现的OpenACC2 0以帮助代码并行化 15 效能 编辑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 编辑清華大學地球系统科学研究中心與计算机系合作 利用 神威 太湖之光 首次实现了百万核规模 高分辨率的地球系统数值模拟 此前 中國大陸的地球模拟系统模式只能达到200公里网格规模的分辨率 但现在已可开展25公里网格分辨率的地球系统模拟工作 在海洋上可达到10公里分辨率 目前 三十多家用户单位在天气气候 航空航天 海洋科学 新药创制 先进制造 新材料等领域与国家超算无锡中心开展了合作 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 编辑2017年網路春晚 舉辦了欢唱太湖之光橋段 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 由清華大學女博士 在讀 丁楠領隊 楊晉喆 倫敦帝國理工學院博士 甘霖 清華大學博士后 劉加賀 清華大學碩士在讀 等20多人組成 22 参见 编辑 信息技术主题 中國超級計算機行業 TOP500 神威藍光 另一套使用申威處理器的中國製超級電腦 天河二號 採用Xeon E5 Xeon Phi為運算單元的超級電腦 泰坦 超級電腦 首套使用通用圖形處理器作為主運算單元問鼎Top500的超級電腦 京 超级电脑 使用 88 128 颗八核心富士通製造的SPARC64中央處理器的超級電腦 大規模多核心處理器 英语 Manycore processor 大規模並行處理器陣列 英语 Massively parallel processor array Linux参考文献 编辑 1 0 1 1 China Tops Supercomputer Rankings with New 93 Petaflop Machine www top500 org 2016 06 20 原始内容存档于2019 05 31 陸神威太湖之光 躍居全球最快超級電腦 2016 06 20 原始内容存档于2016 06 23 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 原始内容存档于2019 05 14 China builds world s most powerful computer BBC News 2016 06 20 2016 06 20 原始内容存档于2019 04 04 Lohr Steve You d Need 63 Billion Years to Do What This Supercomputer Can Do in a Second New York Times 2018 06 08 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