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雷鋒網注：本文作者計算機體系結構博士生，原文發表于知乎，經作者再次編輯后授權發布在雷鋒網。ISC2016 公布了中國新一代超級計算機“太湖之光”，取代了天河二號成為Top 500 （超算排行榜）頭名。本文依據現有公開資料對太湖之光進行深入分析。
（圖片來自新華網）
前幾天，我在辦公室看到太湖之光的消息，非常振奮，當即就去找導師匯報（因為和筆者研究方向相關）
我：“中國造了一臺新超算，100PFlops！”
導師的第一反應是：“功耗多少？”
我：“15MW”
導師：“Holy sh*t!”（臥槽！）
我：“他們沒用 Intel 的芯片?！?/p>
導師：“oh that makes sense”（怪不得）
我不是黑 Intel，但實在是x86架構的歷史包袱太重了，想要實現 性能/功耗比的重大提升，這是一個邁不過去的坎。 我在 如何看待 19 歲少年想做出在目前 Intel 同等計算性能下降低 80% 功耗的全新電路系統芯片？這個回答中就提到過，Rex Computing 的人在做的事之一就是砍掉Cache （緩存），用 Scratch Pad Memory （相當于是手動管理的快速片上內存） 取而代之。而在太湖之光的眾核架構中的大量 slave core里面，采用了同樣的思路，只保留了instruction cache。
data cache用Scratch Pad Memory代替，避免了眾核情況下的cache coherence帶來的大量性能和功耗浪費。（Master core 里面有正常的Cache），我覺得這是太湖之光實現高性能/功耗比的一個重要原因。 并且Slave core只支持user mode，于是我猜測它在TLB上面應該也有精簡。但目前 SW26010 芯片還沒有詳細的文檔資料，所以這點我也只能猜測。
至于采用眾核架構，可以說是大勢所趨。所謂眾核架構，就是在同一個芯片上集成幾十甚至上百個核心，這些核心協同或者獨立工作，大大提高系統可執行的線程數，提高并行性，進而提高性能。神威SW26010 每個芯片上有多達260個核心。相似地，美國一些新的超算系統采用了Intel的眾核Knights Landing芯片，據說性能也很不錯。
圖1：SW26010 的眾核架構
至于指令集，Jack Dongarra在他的報告里特意強調SW26010 芯片的指令集和 Alpha （美國一家曾經的高性能芯片廠商）的指令集沒有關系，所以哪怕神威前幾代芯片和Alpha 有淵源，但這次應該真沒有。
然后更令我驚喜的是不光系統搭起來跑了Linpack，而且還有三項應用入圍了Gordon Bell獎的最終名單 （這個可以說是超算界最厲害的獎了）。充分說明太湖之光已經形成戰斗力，可以投入真正的科研應用。
最后我們冷靜下來談一談不足之處： HPCG的跑分。
為什么HPCG跑分重要？因為它比Linpack更接近真實應用的場景，更能體現出內存系統的瓶頸。Linpack測試的重點是系統的浮點運算能力，也就是我們前面提到的FLOPS（floating operations per second）這個指標。然而實際的應用中，浮點運算快并不代表系統有很好的性能，因為如果想要浮點運算能力得到發揮，首先需要能在短時間內把大量的數據送給需要處理的單元，這對系統的內存和互連網絡的性能要求更高。而HPCG的跑分則是一個更接近綜合性能的指標。用一個汽車的比喻來講，Linpack的跑分更像是汽車的百米加速指標，而HPCG更像是到真實的賽道上去跑——這時候就不光是加大馬力就能行的了，操控性等其他因素也很重要。
表1：太湖之光，天河二號，以及泰坦（美國）性能對比
由上表可以看出，太湖之光在HPCG的測試下只達到了它0.3%的峰值性能，總的算下來還不如天河二號。說明其在內存和互連網絡的性能上存在很大的瓶頸。
結語
雖然太湖之光取得了很好的成績，可以說是中國超算人的驕傲，但我們還是不能掉以輕心。美國正在大力發展 exa-scale計劃 （1000 Pflops，大約是太湖之光的10倍性能) ，計劃在2023年拿出性能達到exa-scale，功耗小于20MW 的超算。并且還有3臺超過100Pflops的超算正在建設當中 。而我們眼前就有GPU帶來的超算變革，DARPA（美國國防前沿研究計劃） 也為exa-scale計劃投資了不少黑科技的項目， 而且這個太湖之光一出，他們估計跟國會要錢更加容易…… 革命尚未成功，同志仍需努力啊！
注：文中資料圖均來自Jack Dongarra 的報告 Report on the Sunway TaihuLight System
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