美國禁售芯片，中國超級計(jì)算機(jī)還有戲嗎？

　　最近，連續(xù)四次蟬聯(lián)超級計(jì)算機(jī)世界第一的“天河二號”遇到了麻煩，4月9日，美國商務(wù)部發(fā)布報(bào)告，決定拒絕英特爾公司向中國的國家超級計(jì)算廣州中心出售至強(qiáng)芯片用于天河二號系統(tǒng)升級的申請。國家超級計(jì)算長沙中心、廣州中心、天津中心和國防科技大學(xué)四家國家超算中心被列入出口管制名單。

　　美國方面給出的解釋是這4家中國超算中心從事“違反”美國國家安全或外交政策利益的活動(dòng)。而據(jù)《華爾街日報(bào)》報(bào)道，美國商務(wù)部曾于今年2月18日發(fā)布一份通知稱，使用了兩款英特爾微處理器芯片的天河二號和早先的天河1號A系統(tǒng)，“據(jù)信被用于核爆炸模擬”。

　　美國暫時(shí)不賣芯片了，中國的超級計(jì)算機(jī)還有戲嗎?這得從頭說起。

　　一、超級計(jì)算機(jī)的由來

　　其實(shí)，計(jì)算機(jī)最早就是從超級計(jì)算機(jī)開始的，無論是第一臺機(jī)械計(jì)算機(jī)(英國巴貝奇爵士設(shè)計(jì)，未最終完成)，還是第一臺電子計(jì)算機(jī)Eniac，都是做科學(xué)計(jì)算和軍事用途用的。

　　計(jì)算機(jī)性能的擴(kuò)展有兩條道路，一條的不斷改進(jìn)制造工藝，提升芯片設(shè)計(jì)水平，把單個(gè)芯片設(shè)計(jì)的很強(qiáng)悍，提升性能。還有一條道路是盡可能用比較多的機(jī)器并行，用多機(jī)機(jī)器一起運(yùn)算來提升性能。

　　早期，超級計(jì)算機(jī)都是昂貴的高級貨，處理器是專門設(shè)計(jì)的，芯片組是配套的，甚至每根連接線都是定制的，成本極高。

　　而隨著PC和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)追求強(qiáng)大的計(jì)算能力可以不那么昂貴。于是，人們開始嘗試用大批量生產(chǎn)的PC或者工作站來攢超級計(jì)算機(jī)。

　　若干臺PC或者工作站通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，把任務(wù)分給這些機(jī)器并行，然后返回，計(jì)算能力絲毫不弱于昂貴的專用超級計(jì)算機(jī)，于是傳統(tǒng)的超級計(jì)算機(jī)開始沒落。

　　這個(gè)時(shí)代出現(xiàn)了很多平民化的超級計(jì)算機(jī)，譬如用浩鑫HTPC準(zhǔn)系統(tǒng)湊起來的超級計(jì)算機(jī)，把一個(gè)學(xué)校的MAC電腦湊起來的超級計(jì)算機(jī)等等，這些看似玩具的東西居然一度占據(jù)了TOP500超級計(jì)算機(jī)排行榜，甚至谷歌自己用的服務(wù)器也是用這種辦法攢出來的。

　　而在這個(gè)過程中，人們發(fā)現(xiàn)，限制超級計(jì)算機(jī)能力居然是功耗，人們不能堆積太多的數(shù)量是因?yàn)楣β屎桶l(fā)熱限制，性能功耗比甚至比性能本身更重要。

　　于是，IBM開發(fā)出藍(lán)色基因，不追求單個(gè)核心的高性能，而是降低功耗，攢更多的數(shù)量來提升性能。但是因?yàn)閱为?dú)開發(fā)這種處理器在批量和成本上無法與通用的PC處理器相比，并沒有流行開。

　　二、從CPU到協(xié)處理器

　　索尼為了提升PS3游戲機(jī)的性能，聯(lián)合IBM搞了Cell處理器，這是異構(gòu)計(jì)算的開始。因?yàn)樵谟?jì)算任務(wù)中，有些任務(wù)是簡單的，不需要復(fù)雜的邏輯處理，只需要足夠的計(jì)算單元暴力計(jì)算，這樣處理器就可以設(shè)計(jì)成兩部分，一個(gè)簡單的運(yùn)算核心，幾個(gè)強(qiáng)大的簡單計(jì)算單元，這就是Cell的思路。

　　因?yàn)檫@種計(jì)算編程難度太高，所以Cell用在游戲機(jī)上并不成功，但是這個(gè)思路可以拿到電腦上，這就是我們熟悉GPU通用計(jì)算。

　　因?yàn)?D的需求，顯卡有強(qiáng)大的計(jì)算能力，這種能力只用于3D游戲浪費(fèi)了，于是在Cell之后就有了GPU的通用計(jì)算，CPU處理復(fù)雜任務(wù)，GPU處理暴力計(jì)算，nVIDIA甚至搞出來CUDA專門解決這個(gè)問題，而且在GPU的設(shè)計(jì)上就為通用計(jì)算做了優(yōu)化。

　　單臺計(jì)算機(jī)異構(gòu)化，獲得強(qiáng)大的計(jì)算能力，那么就可以把這些單臺計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，組成計(jì)算能力強(qiáng)大的異構(gòu)超級計(jì)算機(jī)。

　　于是中國在2009年搞出來天河一號超級計(jì)算機(jī)，就是CPU和GPU異構(gòu)組成的超級計(jì)算機(jī)，一度排名世界第一。百度搞人工智能的計(jì)算機(jī)也是這種異構(gòu)的超級計(jì)算機(jī)。

　　如果以后超級計(jì)算機(jī)全部異構(gòu)化，那么CPU提供的計(jì)算能力只占一小部分，這無疑代表了nVIDIA和AMD要搶Intel的飯碗，Intel當(dāng)然不能坐以待斃。

　　于是Intel開始自己做異構(gòu)用的芯片，這就是Larrabee計(jì)劃，其實(shí)GPU本來就是一個(gè)個(gè)小的計(jì)算核心，然后組合起來。而Intel手里是有小核心的，這就是當(dāng)年的奔騰一代處理器核心P54C。

　　Intel把這款20年的老核心集成起來做成眾核，做成協(xié)處理器，可以做3D顯卡，也可以做超級計(jì)算機(jī)的協(xié)處理器。這個(gè)項(xiàng)目初期失敗了。但是，Intel在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展出來了“眾核架構(gòu)”(MIC)的Xeon Phi協(xié)處理器。并且獲得了天河2號(目前世界第一超級計(jì)算機(jī))的選用。

　　而協(xié)處理器的能力取決于單個(gè)小核心的計(jì)算能力，P54C這個(gè)20年前的核心弱爆了。而Silvermont作為Intel反擊移動(dòng)市場的利器，性能功耗比非常出色，于是，Intel把這個(gè)小核心攢起來做成眾核的Xeon Phi，這就是Knights Landing，也就是目前被禁售的處理器。

　　三、美國禁售會(huì)有影響嗎?

　　從技術(shù)上看，Xeon Phi相比nVIDIA和AMD的產(chǎn)品，優(yōu)勢在于支持X86指令集，編程和編譯都比較方便，易用性更好。如果美國真的嚴(yán)格執(zhí)行禁售，那么中國可以采購nVIDIA和AMD的產(chǎn)品，實(shí)際上天河一號就是用的AMD的顯卡作為協(xié)處理器。

　　而從這次禁售的范圍看，國家超級計(jì)算長沙中心、廣州中心、天津中心和國防科技大學(xué)四家國家超算中心被列入出口管制名單，這幾個(gè)都與軍方有一定關(guān)系。國家深圳超算中心，國家濟(jì)南超算中心，上海超算中心都沒有在管制名單以內(nèi)，中國購買Xeon Phi并沒有障礙。

　　而且Xeon Phi作為Intel上貨架的產(chǎn)品，即使對中國全面禁售，世界這么大，中國通過轉(zhuǎn)口貿(mào)易進(jìn)口也毫無問題。

　　所以，這次禁售更像是一次政治秀，起不到太大的作用。

　　四、中國自己有替代品嗎?

　　這次禁售更像政治秀，而即使美國真的全面禁售，在超級計(jì)算機(jī)方面，中國也是留有后招的。

　　中國早在1999年就買到Compaq公司的Alpha處理器的授權(quán)。Alpha處理器一款技術(shù)成功，商業(yè)失敗的處理器，其性能遠(yuǎn)超越同時(shí)代的X86處理器，但是商業(yè)上卻失敗，其研發(fā)人員后來去了Intel和AMD，AMD公司的K7所使用的EV6總線技術(shù)，Intel的超線程技術(shù)，都是Alpha處理器的遺產(chǎn)。

　　中國買下Alpha的授權(quán)以后，逐漸發(fā)展出來了神威系列。2012年9月16日安裝在山東省的國家超級計(jì)算濟(jì)南中心就是使用神威1600處理器。

　　在技術(shù)指標(biāo)上，16核心的神威1600在1.1ghz的時(shí)候，雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算能力是140.8G，i7 980xe 6核心在3.2ghz，雙精度浮點(diǎn)是107.55G。i7的功耗是130W，神威1600的功耗是70W。神威在性能功耗比上已經(jīng)超越了當(dāng)時(shí)的 Intel。

　　而在協(xié)處理器的發(fā)展上，Alpha在10多年前就預(yù)留了64核的眾核架構(gòu)，必要時(shí)候替代Xeon Phi也是完全可能的。

　　正如我們前面所說的，專用處理器專用架構(gòu)價(jià)格高昂，使用困難。所以神威只是備用的后招，天河還是用Intel的處理器。

　　但是，一旦Intel真的買不到，中國自己也是有替代品的，神威性能足夠，無非成本和便捷程度有差異罷了。

　　所以，此次美國禁售芯片更像是一次政治秀，對中國超級計(jì)算機(jī)的發(fā)展并沒有實(shí)質(zhì)性的影響，相反，它會(huì)給我們的決策部門提醒，讓中國自己的處理器產(chǎn)業(yè)有更好的發(fā)展環(huán)境。禁售阻擋不了中國超級計(jì)算機(jī)進(jìn)步的腳步。

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