“CPU+GPU+MIC 中国超算进入融会贯通阶段”

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随着功耗和效率问题越来越成为阻碍超算快速发展的瓶颈，许多超算厂商越来越喜欢异构超算。 但是，尽管异构超级计算机在软件编程方面比较困难，但他在能效和性能方面的业绩近年来有了很大的发展。 目前，主流的异构超级计算机有cpu+gpu的形式和cpu+mic的形式。 由于双方都有相似的优点，谁能成为最终的胜利者目前还无法评价。

中国的超算这几年成绩斐然，许多优质高性能超算正在迅速被采用。 和其他国际国家一样，中国在超算方面也经常使用异构化的方法进行设计。 因此，在异构化形式的选择上，中国也面临着同样的挑战。 是cpu+gpu还是cpu+mic？ 面对这个行业，上海交大使用的π系统也许可以代表另一种声音。

日前，上海地区性能最强、全国高校行业性能最强的超级计算机“π”系统在上海交通大学上线运行，该系统峰值性能达到263万亿次，位居最新全球前500强排行榜第158位。 “π”系统由波纹企业设计构建，用于支撑高端前沿科学研究。 俗称“人工太阳”的惯性约束核聚变项目也是其中之一。

上海交通大学常务副校长、中国工程院院士林忠钦、上海交通大学高性能计算中心主任顾一众、上海交通大学激光等离子体教育部要点实验室特别研究员、国家“青年千人计划”获得者陈民、浪潮首席科学家王恩东、浪潮新闻高性能计算产品部社长刘军等出席了正式运行仪式。

π系统上线后，将成为上海交通大学以教育科研为中心、“ifsa惯性约束融合科学应用协同创新中心”的超计算核心支撑平台。 目前，惯性约束核聚变是世界性的科学技术课题，美国、日本、俄罗斯、欧盟积极投资。 目的是在可控范围内实现核聚变，和平利用人类终极能源——核聚变能源。 半个世纪前，科学家发现氘原子和氚原子融合成氦原子核和中子后会释放出巨大的能量。 由于其能量释放机制与太阳相同，该工程俗称“人工太阳”。 3瓶矿泉水所含的融合能源足够4口之家一年的电力供应。 而且，这种能量辐射低、无排放、无法使用，人类可以采用数十亿年。 但是，核聚变反应条件极为苛刻，工艺难以控制，目前只能用于制造核武器氢弹。

中国科学家王恒在激光发明不久，几乎独立于前苏联科学家巴索夫提出了激光惯性约束融合的概念。 这已经成为目前实现可控核聚变的两条技术路线之一。 年上海交通大学主导的ifsa协同创新中心致力于激光融合科学研究和应用。 上海交通大学激光等离子体教育部要点实验室是ifsa协同创新中心的主要成员之一，在激光技术、靶物理实验和诊断、融合相关理论和仿真研究方面一直发挥着重要意义。

实验室特别研究员陈民表示，人类对可控核聚变的研究离不开超级计算机技术。 今天，科学家们用计算机模拟了核聚变的各个反应过程，设计了反应装置和实验参数，大大提高了受控聚变研究的能力。 惯性约束聚变反应的过程非常多且复杂，温度、密度远远高于常见物质，其中的物理拷贝也非常多，而且时间和空之间的尺度也有很大不同，反应过程非常快。 反应中的压力相当于1兆个标准大气压，氘和氚被压缩为同质量液体体积的千分之一，但反应时间最多为百亿分之一秒。 这样极端的反应，现有的实验检测手段深入融合燃料的内部进行测量并不容易。 利用超级计算机模拟，可以逐步模拟各个过程，研究其中的物理细节，对实验装置的设计和实验结果的分解、理解有很大的好处。

陈民在采访中表示，核聚变研究具有计算力无限的诉求，“红杉”、“美洲虎”等曾一度位居世界500强的超计算系统被用于核模拟研究。 目前，国际上和中国现有的计算技术都很难满足核聚变各过程的研究。 由于计算力的限制，一般的模拟减少了模拟维数，或者忽略了一些物理效果来模拟第一个过程，因此产生了模拟和实验的偏差。 必须通过多次实验和模拟相互验证，交替前进。 更高性能的超级计算机的出现，大大增加了理论模拟的能力，尽可能真实地模拟惯性融合中的物理过程，从而大大加快了研究进程，实现了人们更快可控的人工小太阳。 随着计算技术从几千亿次发展到百亿次，极端条件下的物理学研究也将进入新时代。

cpu+gpu+mic :中国超计算实力的象征

浪潮建设的“π”超级计算系统使用“cpu+gpu+mic”三重混合计算架构，有25.7万个计算核心。 浪潮新闻总裁王恩东表示，目前高性能计算行业正处于技术变革之中，以前流传下来的单一集群架构正在向混合架构转型，浪潮与天河1a之间有上千亿次使用gpu技术的系统。 混合体系结构是未来超计算的快速发展方向，是实现超级计算机峰值上千亿次至百亿次的最可行的技术路线。 浪潮还投入大量资源迅速发展相关软件和APP，帮助客户跨越APP应用的门槛。 目前，上海大交网络中心正在将现有的APP应用转移到三重混合架构中，完成的APP应用均取得了良好的测试效果。

上海交大将该系统命名为π。 关于系统命名，π在希腊语中具有并列的含义，并列是高性能计算最基本的理念，另外，π是公元前就被认知的不合理常数，π值的进化与人类计算技术的进步息息相关，令人兴奋。 从公元前到1948年的几千年间，人类只计算了π值的第808位。 1949年人类第一台计算机eniac出现后，π被准确计算到了之前两倍以上的2034位。 另外，π也可以认为是交通大学的首字母j和t的组合。 我们希望这个采用多种异构技术的系统能够有效地推动计算技术的飞速发展和进步

近年来，随着浪潮在超级计算行业施展力量，浪潮与nvidia和intel保持着紧密的战术合作关系，在gpu、mic等异构计算行业，拥有领先的技术实力和丰富的经验。 这种cpu+gpu+mic的混合异构超级计算模式，可能会为世界超级计算未来的快速发展提供新思路。 这种观点显然可以加快中国超算技术被世界其他顾客接受的速度。