中國(guó)超算重回世界之巔
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6月23日,德國(guó)漢堡國(guó)際超算大會(huì)現(xiàn)場(chǎng),最新一期全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)(TOP500)榜單揭曉。2.198EFlops——中國(guó)超算“靈晟”以每秒2.198百億億次浮點(diǎn)運(yùn)算的持續(xù)雙精度浮點(diǎn)性能高居榜首。美國(guó)El Capitan以1.809EFlops位列第二?!办`晟”是世界首臺(tái)持續(xù)性能超2EFlops的超算系統(tǒng),全面領(lǐng)先國(guó)際現(xiàn)有E級(jí)超算,宣告中國(guó)超算重回世界之巔。
更令業(yè)界矚目的是,這臺(tái)超算從芯片到系統(tǒng)全部由我國(guó)自主研制。時(shí)隔9年,中國(guó)超算重回世界第一,背后是怎樣的技術(shù)突破?科技日?qǐng)?bào)記者進(jìn)行了相關(guān)采訪。
第一問:“靈晟”何以領(lǐng)先其他E級(jí)超算?
答案在于架構(gòu)創(chuàng)新?!办`晟”超算系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師、國(guó)家超級(jí)計(jì)算深圳中心主任盧宇彤介紹,“靈晟”系統(tǒng)首創(chuàng)在線加速的全CPU架構(gòu),打破傳統(tǒng)CPU-GPU(中央處理器—圖形處理器)異構(gòu)架構(gòu)壁壘,內(nèi)嵌AI矩陣加速單元,回歸計(jì)算加速的本質(zhì)。
傳統(tǒng)超算提升性能的主流做法是堆砌GPU加速卡。美國(guó)最強(qiáng)的El Capitan、Frontier兩大E級(jí)超算,都是走這條路線。但“靈晟”反其道而行之,完全依托國(guó)產(chǎn)LX2 CPU核心跑出世界第一。
其中的關(guān)鍵在于芯片層。LX2 CPU創(chuàng)新性引入多精度與矩陣加速能力,實(shí)現(xiàn)片上超算算力與智能算力深度融合。它還集成了首顆國(guó)產(chǎn)高帶寬內(nèi)存,內(nèi)存帶寬相比傳統(tǒng)CPU配套內(nèi)存提升10倍。
事實(shí)上,把加速單元做進(jìn)CPU本身,省掉了CPU與GPU之間數(shù)據(jù)搬運(yùn)的開銷。這不是被動(dòng)選擇,而是主動(dòng)換道。
圖靈獎(jiǎng)得主杰克·唐加拉評(píng)價(jià)稱:“中國(guó)的‘靈晟’系統(tǒng)讓世界看到了超算通向科學(xué)智能(AI for Science)新型系統(tǒng)架構(gòu)的希望之光。”
第二問:中國(guó)超算怎樣實(shí)現(xiàn)全棧自主?
如果說,2017年的“神威·太湖之光”登頂,是芯片單點(diǎn)突破;9年后的“靈晟”已是全棧自主,從里到外全是中國(guó)造。
盧宇彤介紹,“靈晟”依托國(guó)產(chǎn)高性能CPU、片上高帶寬內(nèi)存、高速互連網(wǎng)絡(luò)、高吞吐存儲(chǔ)、三維浮動(dòng)正交、全液冷散熱等多項(xiàng)核心技術(shù)創(chuàng)新打造。
其中,在芯片層,有前文提到的國(guó)產(chǎn)自研LX2 CPU;在網(wǎng)絡(luò)層,自主設(shè)計(jì)的靈啟高速互連網(wǎng)絡(luò)可支持200萬端口、10萬節(jié)點(diǎn)的超大規(guī)模組網(wǎng)。
“存儲(chǔ)層采用分層架構(gòu),兼顧高性能作業(yè)區(qū)與容量型數(shù)據(jù)區(qū),可擴(kuò)展至E級(jí)?!北R宇彤介紹,“靈晟”構(gòu)建大規(guī)模超智融合框架,自研全棧軟件,將底層硬件能力以可用、可編程、可優(yōu)化的方式釋放給應(yīng)用,提高各領(lǐng)域應(yīng)用性能。
第三問:“靈晟”賦能實(shí)力如何?
超算的終極使命不是“跑分”,而是給各行各業(yè)的創(chuàng)新托底。
盧宇彤介紹,“靈晟”定位為面向科學(xué)、工程、智能計(jì)算的國(guó)產(chǎn)全棧融合基礎(chǔ)設(shè)施。
據(jù)了解,自系統(tǒng)部署以來,“靈晟”已支撐大氣海洋、工程仿真、材料科學(xué)、藥物發(fā)現(xiàn)、腦科學(xué)、大模型推理等多領(lǐng)域應(yīng)用,支撐混合精度計(jì)算、工作流和復(fù)雜多任務(wù)并行運(yùn)行,在大規(guī)模并行環(huán)境下平均擴(kuò)展效率可達(dá)84.4%。
如今,面向科學(xué)、工程、產(chǎn)業(yè)各領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用需求,“靈晟”提供多學(xué)科、全流程、多精度融合的科學(xué)智能應(yīng)用生產(chǎn)級(jí)平臺(tái)。
在遙感領(lǐng)域,國(guó)家超級(jí)計(jì)算深圳中心副主任付昊桓介紹,其團(tuán)隊(duì)依托“靈晟”開展遙感模型的大規(guī)模訓(xùn)練與系統(tǒng)優(yōu)化,全機(jī)端到端訓(xùn)練峰值性能在該領(lǐng)域領(lǐng)先,實(shí)現(xiàn)全球8年時(shí)序遙感影像高倍壓縮與高效重建。目前,相關(guān)技術(shù)支撐遙感解譯與降水預(yù)報(bào),顯著提升預(yù)報(bào)精度,助力國(guó)土監(jiān)測(cè)、災(zāi)害預(yù)警。
在生物信息領(lǐng)域,中山大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院教授楊躍東說,基于“靈晟”,已實(shí)現(xiàn)單日十萬億級(jí)化合物虛擬篩選。結(jié)合AI強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法,篩選效率提升千倍,將有力支撐創(chuàng)新藥研發(fā)與精準(zhǔn)醫(yī)療。
超算普遍存在性能越高功耗越大的難題,而“靈晟”不僅跑得快,還跑得綠色。盧宇彤介紹,“靈晟”首創(chuàng)100%全液冷散熱計(jì)算機(jī)柜,以51GFlops/W(每秒10億次浮點(diǎn)運(yùn)算/瓦)能效比,在擁有全球頂尖持續(xù)運(yùn)算性能的基礎(chǔ)上,樹立綠色計(jì)算新標(biāo)桿。
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