压力之下，中国超算如何实现突围

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如果听说过超级计算机概念的读者朋友，相信都曾有过这样的想法“用它來玩游戏是不是很爽啊？”事实上，超级计算机是用来做大型计算的，比如对新型武器实验的计算机模拟、对重大工程项目进行计算机仿真等，这些计算往往涉及到非常巨量的数据，如果用你的个人电脑来计算，可能要花费数年、数十年甚至是上百年的时间，而超级计算机可能只需要一天甚至几小时，所以，一个国家可以组建多高算力的超级计算机，就是体现国家科技实力的重要手段。

不过，超算也是基于芯片来构建的，这恰好又是我们中国相对薄弱的环节，早在2013年，天河二号拿下全球超算TOP500的第一名之后，2015年美国就开始禁售英特尔至强芯片，2016年又用“实体清单”打击了海光基于第一代AMDZen架构的服务器芯片，2019年再次把曙光、海光微、江南计算技术研究所等超算相关中国企业列入实体清单，更在2021年把申威、飞腾以及数个国家超级计算中心列入“实体清单”……显然，多次出手打击的原因就是中国在超算领域的爬坡速度太快，而国产CPU主要在指令集授权、CPU核心技术和设计工具及CPU生产技术和设备上很容易受到钳制。不过凡事也有例外，在这三个方面，国产CPU申威反倒做足了准备，并没有要认怂的意思。

芯片架构自主化是破局的关键

在自主可控这条道路上，申威的底气来自未雨绸缪，早在美国还没有开始针对中国超算开启“封杀令”的时候，无锡江南计算技术研究所就已经预料到了可能会存在的风险，在自研超算CPU时刻意回避了x86、ARM、MIPS、RISC-V这几个热门主流架构，选择了当时已经日薄西山的DEC公司Alpha架构和Alpha21264指令集，当时这个架构早已不再更新且过了专利期限，免去了被停止授权的后顾之忧。所以在2010年，无锡江南计算技术研究所就成功推出了申威SW1600CPU，并成功搭载到神威蓝光上，使得中国成为继美国日本之后，第三个采用自主CPU构建每秒千万亿次级超级计算机的国家。

申威26010异构众核处理器架构图

后来，因为Alpha架构实在过于老旧，无锡江南计算技术研究所重新研究了全新的SW26指令集，并推出了申威26010CPU，与其他国产处理器相比，性能完全走在了前列，甚至在世界范围内都是靠前的，在实际使用效率上不见得就会比英特尔至强Phi低多少，某些应用场合甚至可能领先。基于这些优势的情况下，2016年搭载申威26010的神威·太湖之光拿下了全球第一的位置。而且在操作系统上也采用了基于Linux开源代码的国产神威睿思，而且在工艺上只需要28nm，比当时最新的14nm要成熟不少，包括EDA工具在内也能实现完全自主。事实上对于国产芯片来说，为保障生产环节的相对安全，放弃对最先进工艺的追求也实属无奈之举，像龙芯的多款CPU甚至都会采用境内外多工艺互相备份的方式来防止受限。

硬软件仍被包围，急需时间走出困境

虽然申威在超算架构上打响了国产第一枪，但总体来说，当年国家超算中心的三驾马车：申威的Alpha、鲲鹏/飞腾的ARM以及海光的x86，至少目前来看后两者都以外购IP和设计外包等因素而陷入了“实体清单”的困境当中，比如天河三号所使用的飞腾FT-2000Plus就采用了台积电的16nm制程，一旦被暂停供货也无可奈何。

更重要的是，大部分情况下超算都是用于运行复杂情况的仿真软件，尤其是面对一些需要精确模拟的项目时，软件的重要性不亚于硬件，但问题在于目前大多数仿真软件都来自国外，就很容易陷入超算硬件虽然可以实现可控可信，但配套软件又跟不上的窘境，这些问题都是不容忽视，甚至可以说是迫切需要解决的。

在面对如模拟地球气候这样的需求时，超算的作用才能真正显现

比如完全国产的神威·太湖之光，因为底层逻辑与传统的x86并不相通，造成大量的科研软件无法在系统上运行，所以中国超算还需要面临软件代码理解、转换甚至重新编译的这个过程，如果想要运行全球气候模式的高性能模拟，就需要重新编译地球系统模式，这些应用的代码有近百万行，是过去几十年各国气候学家对全世界大气、海洋和陆地圈层变化机制的理解，这个编译的工程量之大可想而知，若不是真正满腔热血，恐怕难以坚持下来……借毛主席的一句诗来说就是“鹰击长空，鱼翔浅底，万类霜天竞自由”。