申威26010處理器每片處理器包含4個(gè)核心，片上的4個(gè)核心通過(guò)片上網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，并通過(guò)PCI-E 3.0對(duì)外連接，每個(gè)核心擁有獨(dú)立的128位DDR3控制器連接到8GB DDR3-2133內(nèi)存，這樣4個(gè)核心一共擁有32GB的DDR3內(nèi)存。

　　從這里可以看出SW26010實(shí)際上類似于用膠水把4個(gè)獨(dú)立的處理器粘在了一起，整合到了一個(gè)芯片里面，但是每個(gè)核心還是可以獨(dú)立工作，而且擁有獨(dú)立的128bit 8GB內(nèi)存。這樣單個(gè)核心的內(nèi)存帶寬達(dá)到了34GB/s，整個(gè)處理器達(dá)到了136GB/s，這樣設(shè)計(jì)最大的好處就是每個(gè)核心的帶寬是完全獨(dú)享的，缺點(diǎn)是空閑核心的帶寬無(wú)法共享給其他核心。

　　其中每個(gè)核心包含一個(gè)主處理器（MPE）和一個(gè)8*8的計(jì)算單元陣列（CPEs），主處理器是一個(gè)64位的RISC架構(gòu)核心，用來(lái)跑操作系統(tǒng)，并且支持264位的矢量指令集，擁有32KB的L1指令緩存和32KB的L1數(shù)據(jù)緩存（總共64KB L1 cache），和256KB L2 Cache，應(yīng)該說(shuō)這樣的緩存配置并不算大，應(yīng)該是為了節(jié)約芯片面積考慮，4個(gè)核心的主處理器加起來(lái)一共有256KB L1 cache和1MB L2 cache。

　　計(jì)算單元陣列（CPEs）是一個(gè)由64個(gè)簡(jiǎn)化的62bit處理器（不是常見(jiàn)的64bit）組成，每個(gè)處理器只有16KB的L1指令緩存和64KB本地儲(chǔ)存，沒(méi)有L1數(shù)據(jù)緩存，并且和主處理器一樣支持264位的矢量指令集，單片處理器擁有一共256個(gè)這樣的計(jì)算單元。

　　于是加上4個(gè)主處理器，單片處理器一共擁有260個(gè)處理器核心。

　　神威·太湖之光的每個(gè)處理器卡有兩片SW26010處理器，和一共64GB內(nèi)存，長(zhǎng)得像這樣，每個(gè)處理器算一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，這樣一塊處理器卡和intel xeon phi協(xié)處理器卡類似，只是intel這樣一塊計(jì)算卡只有區(qū)區(qū)60個(gè)核心，而且不能獨(dú)立工作，還需要另外購(gòu)買一個(gè)獨(dú)立的xeon主機(jī)作為管理處理器使用。而SW26010處理器集成了管理處理器，可以獨(dú)立工作，并且單個(gè)處理器卡擁有高達(dá)520個(gè)處理器核心。

　　對(duì)比一下intel xeon phi計(jì)算系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：

　　KNC Card就是一塊intelXeon Phi協(xié)處理器卡，協(xié)處理器卡通過(guò)PCIE-X16和主處理器相連，其實(shí)看上去就像是一臺(tái)PC上面插著好幾塊顯卡。這樣一臺(tái)PC構(gòu)成一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)。

　　對(duì)比SW26010處理器的方案，單個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)看，一塊SW26010的核心數(shù)量和一臺(tái)帶有4塊xeon phi計(jì)算卡的功能相當(dāng)。Intel方案的麻煩在于，這樣一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的功耗和體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于SW26010，而且intel主處理器內(nèi)存和協(xié)處理器卡的內(nèi)存是分離的，需要先將要處理的數(shù)據(jù)通過(guò)PCI-E x16傳輸至計(jì)算卡內(nèi)存，然后計(jì)算卡才能計(jì)算，最后將結(jié)果通過(guò)PCI-E x16讀回主處理器，這樣一來(lái)一回的性能損失很多時(shí)候遠(yuǎn)大于計(jì)算卡帶來(lái)的好處。

　　SW26010的主處理器和協(xié)處理器的內(nèi)存是共享的，這樣無(wú)需來(lái)回從協(xié)處理器倒騰數(shù)據(jù)，而且可以實(shí)現(xiàn)類似AMD APU的統(tǒng)一內(nèi)存尋址，大幅度提高了協(xié)處理器的使用效率，從這點(diǎn)來(lái)說(shuō)SW26010的方案是優(yōu)于intel方案的。

　　從單個(gè)核心對(duì)比來(lái)看，Intel的phi協(xié)處理器據(jù)說(shuō)是基于最早的奔騰x86方案改進(jìn)而成，多了一個(gè)512位的矢量處理器，而SW26010只有264位的矢量處理器，phi擁有32KB的L1指令緩存，32KB的L1數(shù)據(jù)緩存和512KB的L2 緩存，對(duì)比SW26010的協(xié)處理器只有16KB的L1指令緩存和64KB的本地存儲(chǔ)，而且intel的phi核心可以支持4個(gè)物理線程，也就是超線程技術(shù)，單純從技術(shù)來(lái)講，intel的phi處理器拿出來(lái)單挑應(yīng)該可以吊打單獨(dú)的SW26010的計(jì)算核心。

　　理論性能可以看出，單個(gè)intel的phi處理器是高于SW26010的計(jì)算核心，得益于超寬的512位矢量處理器（VPU），intel phi上的處理器每個(gè)時(shí)鐘可以執(zhí)行16個(gè)單精度運(yùn)算或8個(gè)雙精度計(jì)算，而SW26010上的計(jì)算核心只有一半的寬度，所以最多也就8個(gè)單精度和4個(gè)雙精度，不過(guò)SW26010的核心頻率是1.45GHz，要比intel phi的1.3GHz稍高，但是這樣也很難追平intel的單個(gè)核心的理論性能優(yōu)勢(shì)。

　　但是光比理論峰值性能是沒(méi)有什么意義的，SW26010的VPU雖然比intel phi的寬度小，但是264bit的寬度而不是256bit的寬度可以提供比intel的單雙精度浮點(diǎn)更高的計(jì)算精度，單精度浮點(diǎn)可以比intel的高一倍，而雙精度可以高4倍，這在科學(xué)計(jì)算中是能夠獲得更大的優(yōu)勢(shì)，而且intel的512bit寬度的矢量運(yùn)算需要更多的數(shù)據(jù)來(lái)填飽它，加上需要用PCI-E傳輸數(shù)據(jù)的瓶頸，大部分時(shí)候也只能挨餓，而SW26010可以直接訪問(wèn)主存，因此在實(shí)際使用效率上不見(jiàn)得就會(huì)比intel phi低多少，并且某些應(yīng)用場(chǎng)合甚至可能大幅度超過(guò)intel。

　　而且最重要的是，SW26010這樣的設(shè)計(jì)，大幅度降低了系統(tǒng)復(fù)雜度，單個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)只需要一片SW26010，而intel就很杯具的需要一整臺(tái)機(jī)架服務(wù)器，大概長(zhǎng)得像這樣：

　　或是這樣：

　　對(duì)比一下sw26010，只需要這樣，一塊插件板上有8個(gè)節(jié)點(diǎn)：

　　然后這樣：

　　得益于SW26010的超低功耗，大幅度降低了散熱壓力，一個(gè)小小的機(jī)箱塞進(jìn)了256個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)。。。。同體積秒殺intel。不要小看體積因素，更小的體積意味著可以用更快的總線和更低的成本將所有節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)。而SW26010的節(jié)點(diǎn)輕松用PCI-E 3.0就連起來(lái)了，又便宜又快，噴總線瓶頸的可以省省了，天河二號(hào)用的自制TH-Express-2連接計(jì)算節(jié)點(diǎn)，使用PCI-E 2.0連接，根據(jù)資料顯示速度是6.36GB/s，延遲是85us；而SW26010的計(jì)算節(jié)點(diǎn)連接性能高達(dá)12GB/s，延遲只有區(qū)區(qū)的1us，性能遠(yuǎn)超intel方案的天河二號(hào)。然后這樣一個(gè)小小的機(jī)柜，居然塞進(jìn)了8機(jī)箱，像這樣：

　　下面說(shuō)說(shuō)超算閑置問(wèn)題 針對(duì)此某HPC從業(yè)者這樣回答

　　1.中國(guó)無(wú)論天河-1還是天河-2現(xiàn)在都是滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，根本沒(méi)有閑置問(wèn)題，天河1不說(shuō)了，現(xiàn)在用得排隊(duì)，天河2的國(guó)防科大自己想測(cè)試下節(jié)點(diǎn)都經(jīng)常沒(méi)資源，所謂天河-2上利用效率不高也是相對(duì)于去目的的，把資源滿負(fù)荷當(dāng)然容易，以前跟袁學(xué)峰教授合作過(guò)，這么說(shuō)吧，人家所謂利用不充分是說(shuō)重大科研課題放在天河-2上的沒(méi)他們期望的比例高，至于金融類動(dòng)漫類低層次的應(yīng)用，人家根本沒(méi)把它們當(dāng)正經(jīng)應(yīng)用（這類應(yīng)用由于門檻低，并行度高，很容易占用大量計(jì)算資源），國(guó)防科大和廣州天河的袁教授期望的是天河－２在國(guó)家重大專項(xiàng)等高層次應(yīng)用上更多做出貢獻(xiàn)，比如核物理，流體力學(xué)等代表超算頂尖水平的應(yīng)用更多（這也是天河－３繼續(xù)獲得國(guó)家撥款的主要依據(jù)，國(guó)家一點(diǎn)都不傻），這當(dāng)然有一定難度，因?yàn)樘旌?2是異構(gòu)計(jì)算機(jī)，想充分利用這些資源，代碼幾乎都得重寫，實(shí)際上，在美國(guó)TITAN上由于用了GPU， 這類應(yīng)用推進(jìn)的也不怎么樣。

　　2.以我在HPC工作接觸的情況來(lái)看，江南所這個(gè)超算完全不用擔(dān)心上述問(wèn)題，因?yàn)榻纤擒姺奖尘?，他們搞得?jì)算機(jī)一個(gè)主要應(yīng)用就是核物理仿真，中國(guó)在核物理仿真方面幾乎全部代碼都是自主搞得，而且很多代碼都是針對(duì)江南所的計(jì)算硬件專門設(shè)計(jì)的，編譯器加速庫(kù)等生態(tài)系統(tǒng)一應(yīng)俱全，因此這些在天河－２上遇到的問(wèn)題，反而在神威上可能不是太大問(wèn)題，一個(gè)例子就是神威超算剛上線，一個(gè)核物理仿真在神威上就取得了40P的驚人效率，并且有三個(gè)應(yīng)用已經(jīng)入圍超算應(yīng)用國(guó)際大獎(jiǎng)評(píng)選了（效率3占到理論峰值多30%的超算應(yīng)用是驚人的，實(shí)際上寫過(guò)程序的都知道，別說(shuō)超算，即便多核計(jì)算機(jī)，一般的應(yīng)用能達(dá)到系統(tǒng)浮點(diǎn)峰值30%都是挺不錯(cuò)了）。

　　當(dāng)然相應(yīng)的，神威上部署民用應(yīng)用，比如金融／動(dòng)漫渲染之類低層次應(yīng)用，反而難度會(huì)大一些，基本上代碼得重寫或者大改，但是對(duì)這種層次的超算，這些低水平應(yīng)用本來(lái)就不是重點(diǎn)。

　　對(duì)很多核物理和流體，計(jì)算電磁學(xué)等高端計(jì)算來(lái)講，現(xiàn)在超算不是能力太強(qiáng)，是太弱，因此只能千方百計(jì)地降低計(jì)算復(fù)雜度＋各種簡(jiǎn)化，實(shí)際上即便是天河－２，做流體的直接數(shù)值模擬，也根本達(dá)不到可用的尺度！

　　以超算速率做為面積比重，分國(guó)家做出來(lái)的圖，黃色部分為中國(guó)，紅色是美國(guó)，然后是其它國(guó)家。

　　上榜的超算具體分布如下

　　歐洲共有105臺(tái)超算上榜（比2015年11月的107臺(tái)少2臺(tái)），總體數(shù)量下降，遠(yuǎn)遜于亞洲國(guó)家。亞洲國(guó)家的超算高達(dá)218臺(tái)，雄霸榜單，比上次的173臺(tái)有了顯著的增長(zhǎng)。德國(guó)的超算數(shù)量在歐洲居冠，共有26臺(tái)，法國(guó)以18臺(tái)緊隨其后，英國(guó)有12臺(tái)。亞洲方面，日本以29臺(tái)位于中國(guó)之后（比2015年的37臺(tái)有顯著下降）。

　　克雷系繼續(xù)獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，在所有的超算運(yùn)算性能中占據(jù)19.9%的份額（比上次的25%有所下滑）。中國(guó)國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程中心僅憑借一臺(tái)神威太湖之光在性能上名列第二，占16.4%。IBM則獲得季軍，占10.7%，比六個(gè)月前的14.9%下降不少?；萜照?2.9%，比半年前的14.2%略微下滑。。

　　1.所有上榜超算的性能共計(jì)達(dá)566.7 pflop/s，而半年前為420 pflop/s，一年前則為363 pflop/s。性能提升的同時(shí)，漲幅較以往明顯放緩。

　　2.共有95臺(tái)超算的性能超過(guò)一億億次每秒，半年前僅有81臺(tái)。

　　3.英特爾處理器仍占有絕對(duì)多數(shù)份額——在全球超算500強(qiáng)中，有455臺(tái)超算采用該公司芯片，比重高達(dá)91%。IBM處理器的比重從半年前的26臺(tái)降至如今的23臺(tái)。13臺(tái)超算采用AMD皓龍系列（占2.6%），不及半年前的4.2%。

　　4.惠普公司的產(chǎn)品最多，為127臺(tái)（占25.4%），聯(lián)想緊隨其后，有84臺(tái)?？死讋t有60臺(tái)，不及半年前的69臺(tái)。半年前上榜的惠普公司產(chǎn)品為155臺(tái)，而IBM本期上榜超算為38臺(tái)，名列第五。

　　5.共用93臺(tái)上榜超算采用了加速器或協(xié)處理器技術(shù)，比半年前的104臺(tái)有所下滑。其中67臺(tái)采用NVIDIA芯片，26臺(tái)采用英特爾至強(qiáng)Phi技術(shù)，3臺(tái)采用ATI Radeon，還有兩臺(tái)采用PEZY技術(shù)。3臺(tái)超算同時(shí)采用NVIDIA和至強(qiáng)Phi加速器或協(xié)處理器。每臺(tái)超算平均采用7.6萬(wàn)顆加速核心。

　　6.上榜門檻提高至LINPACK測(cè)試的285.9 tflop/s（每秒285.9萬(wàn)億次運(yùn)算——MIKADO譯注），半年前的門檻則是206.3 tflop/s（每秒206.3萬(wàn)億次運(yùn)算——MIKADO譯注）。 本次榜單的最后一名可排在上次榜單的第351位。

　　7.本榜單最后一名的性能增幅繼續(xù)低于之前6年的增長(zhǎng)水平，現(xiàn)在這一趨勢(shì)得到進(jìn)一步加強(qiáng)。 從1994年至2008年，增幅為平均每年90%，但2008年以后的增幅僅為平均每年55%。

　　國(guó)產(chǎn)超算發(fā)展史

　　90年代初，為了徹底打破國(guó)外對(duì)高性能計(jì)算機(jī)的壟斷，國(guó)家派出一支年輕精干的科研小分隊(duì)，遠(yuǎn)赴美國(guó)硅谷去進(jìn)行曙光一號(hào)的研究。當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算所所長(zhǎng)李國(guó)杰在黑板上寫下了“人生能有幾回搏”七個(gè)大字，斬釘截鐵的對(duì)幾個(gè)年輕人說(shuō)：“派你們?nèi)?，就相信你們一定能把機(jī)器給造出來(lái)！” 在每天工作十五、六個(gè)小時(shí)，長(zhǎng)達(dá)11個(gè)月的封閉式研究后，科研小分隊(duì)成功設(shè)計(jì)出曙光一號(hào)核心部分。

　　在曙光一號(hào)的研發(fā)過(guò)程中，一些國(guó)外公司和國(guó)內(nèi)買辦對(duì)曙光一號(hào)研究小組的領(lǐng)頭人李國(guó)杰院士說(shuō)，“把錢給我，我給你造出來(lái)不就完了”。但李國(guó)杰院士堅(jiān)持認(rèn)為，高性能計(jì)算的核心技術(shù)必須掌握在中國(guó)人手中，這是一絲一毫都不能讓步的，不僅要做整機(jī)研制，包括存儲(chǔ)器在內(nèi)的配件都要自己做。

　　1.1993年，中國(guó)一臺(tái)高性能計(jì)算機(jī)曙光一號(hào)并行機(jī)終于研制成功。曙光一號(hào)的戰(zhàn)略效應(yīng)可以說(shuō)是立竿見(jiàn)影：就在這臺(tái)高性能計(jì)算機(jī)誕生的第三天，美國(guó)便宣布解除10億次計(jì)算機(jī)對(duì)中國(guó)的禁運(yùn)！成功打破了國(guó)外IT巨頭對(duì)我國(guó)信息技術(shù)的壟斷，推動(dòng)信息產(chǎn)業(yè)走上了自主發(fā)展的道路。

　　2.1995年，在只有十余名研究員及500萬(wàn)元經(jīng)費(fèi)的情況下，中國(guó)成功研發(fā)出曙光1000大規(guī)模并行計(jì)算機(jī)。曙光1000在整體技術(shù)上居中國(guó)之首，并達(dá)到了20世紀(jì)90年代前期的國(guó)際先進(jìn)水平，其運(yùn)行速度的峰值達(dá)到了每秒25億次，在當(dāng)時(shí)我國(guó)大規(guī)模科學(xué)工程計(jì)算中發(fā)揮了重大作用。曙光1000也榮獲了1996年中國(guó)科學(xué)院科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)和1997年國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

　　3.1998年，曙光2000問(wèn)世，總體水平達(dá)到了90年代同期國(guó)際先進(jìn)水平，有些方面如機(jī)群操作系統(tǒng)、集成化并行編程環(huán)境和服務(wù)器聚集軟件等已處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

　　4.2001年，曙光3000誕生，標(biāo)志著我國(guó)超算產(chǎn)品正在走向成熟，能兼顧大規(guī)模科學(xué)計(jì)算、事物處理和網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)，已然是國(guó)民經(jīng)濟(jì)信息化建設(shè)的重大裝備。

　　5.2004年，曙光公司研發(fā)出4000A，成為國(guó)內(nèi)首臺(tái)每秒運(yùn)算超過(guò)10萬(wàn)億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)，并代表中國(guó)首次進(jìn)入全球超級(jí)計(jì)算機(jī)TOP 500排行榜，位列第十位。

　　6.2008年，曙光5000降生，曙光5000的系統(tǒng)峰值運(yùn)算速度達(dá)到每秒230萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算，使中國(guó)成為繼美國(guó)之后第二個(gè)能制造和應(yīng)用超百萬(wàn)億次商用高性能計(jì)算機(jī)的國(guó)家，也表明我國(guó)生產(chǎn)、應(yīng)用、維護(hù)高性能計(jì)算機(jī)的能力達(dá)到世界先進(jìn)水平。

　　7.2009年，作為第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)的天河一號(hào)在湖南長(zhǎng)沙亮相。天河一號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)性能為每秒1206萬(wàn)億次的峰值速度，Linpack實(shí)測(cè)性能為每秒563.1萬(wàn)億次，強(qiáng)勁的性能使天河一號(hào)位列中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)前100強(qiáng)之首，也使中國(guó)成為繼美國(guó)之后世界上第二個(gè)能夠自主研制千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)的國(guó)家。2010年，國(guó)防科大對(duì)天河1號(hào)進(jìn)行了升級(jí)，天河1A的實(shí)測(cè)運(yùn)算能力從天河1號(hào)的每秒563.1萬(wàn)億次，提升至2507萬(wàn)億次，成為當(dāng)時(shí)世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)。

　　8.2010年，曙光6000問(wèn)世，曙光6000以實(shí)測(cè)每秒達(dá)1271萬(wàn)億次的Linpack峰值速度，在2010年第35屆全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排名中名列第二。

　　9.2012年，神威藍(lán)光超級(jí)計(jì)算機(jī)投入使用。該超算使用了8704片申威1600，搭載神威睿思操作系統(tǒng)，雖然超算絕對(duì)性能并不高，但卻是中國(guó)在“市場(chǎng)換技術(shù)”之后，首次實(shí)現(xiàn)了超算CPU和操作系統(tǒng)的全部國(guó)產(chǎn)化。神威藍(lán)光超算峰值計(jì)算性能為每秒一千萬(wàn)億次，持續(xù)性能為每秒796萬(wàn)億次，性能功耗比超過(guò)741MFlops/W（百萬(wàn)次浮點(diǎn)運(yùn)算/秒•瓦），LINPACK效率為74%。

　　10.2013年，國(guó)防科大成功研制出天河2號(hào)，其高達(dá)55PFlops的性能使其傲視群雄，六度蟬聯(lián)TOP500排行榜首位。雖然在計(jì)算節(jié)點(diǎn)上使用的是美國(guó)Intel的CPU，但天河2號(hào)也使用了4096片飛騰1500，用于高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

　　如果說(shuō)天河2號(hào)、曙光6000、天河1號(hào)等超算使用了國(guó)外CPU是白璧微瑕，那么，本次發(fā)布的新超算“神威太湖之光”則實(shí)現(xiàn)了CPU、操作系統(tǒng)、高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等核心軟硬件的全面國(guó)產(chǎn)化——其CPU申威26010由260個(gè)核心構(gòu)成，雙精浮點(diǎn)峰值高達(dá)3TFlops，完全追平了Intel最好的超算芯片。

　　11.2016年6月20日，全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單公布，使用中國(guó)自主芯片制造的“神威太湖之光”取代“天河二號(hào)”登上榜首，成為世界首臺(tái)運(yùn)算速度超過(guò)10億億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)，其每秒浮點(diǎn)運(yùn)算峰值達(dá)到12.54億億次，持續(xù)運(yùn)算能力達(dá)每秒9.3億億次，運(yùn)算速度是使用intel芯片天河二號(hào)的三倍。