有了中国芯 天河二号为什么还得用外国芯？
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6月17日，最新全球超级计算机500强排行榜榜单公布，中国国防科学技术大学研制的天河二号以每秒33.86千万亿次的浮点运算速度，成为全球最快的超级计算机。这是时隔两年半后，中国再一次获得世界超级计算机运算速度第一的桂冠。
在2013国际超级计算大会上，专家们认为，天河二号的性能表明，中国的超级计算机取得了飞跃。超级计算机的开发,已经真正进入了美中日欧并立的四强时代。
▲ 天河二号工程研究人员查看系统运行情况
为何还得用外国芯？
时至今日，计算机早已成为进入千家万户和厂矿学校的日常工具，大众对其并不陌生。然而什么是超级计算机？
其实，超级计算机的基本组成与你我手中的个人电脑相比并无太大差异，规格与性能则强大太多。以处理器CPU为例，目前的个人电脑一般是两到四核，而像天河二号这样的超级计算机则会集成数以万计的CPU。这就好比双人战斗小组和集团军的区别，前者灵活机动，用于完成各种个性化小任务；后者威武雄壮，用于达成各类关系重大的战略目标。
在超级计算机超级运算速度下，人们可以完成普通计算机不能完成的大型复杂课题。假设每人每秒钟进行1次运算，需要我国13亿人同时用计算器算上1000年才能完成的运算工作，天河二号花上1小时就能搞定了。
天河二号的性能在全世界超级计算机中可以称得上是“一骑绝尘”，它把第二名远远地抛在了后面。排行榜主要编撰人之一、美国田纳西大学教授杰克·唐加拉曾于今年5月对天河二号进行了现场考察。他在研究报告中指出，标准测试显示，天河二号运算速度比排行榜上的亚军——美国的“泰坦”快了74%。唐加拉表示：“天河二号颇富中国特色，互联网络、操作系统、前端处理器、软件等都主要由中国技术人员发明创造。”
一骑绝尘的天河二号是中国人的骄傲，但这种骄傲里也不乏遗憾：天河二号的计算阵列由国际商用CPU构建，服务阵列由中国自主研制的CPU“飞腾1500”构建。国产CPU仅仅占全部CPU的1/8。
当然，人们也可以从另一个角度看成绩，比如说，国产CPU已经占全部CPU的1/8。美国劳伦斯·伯克利国家实验室副主任霍斯特·西蒙就是采取的这种视角。他表示，尽管天河二号仍主要采用英特尔公司芯片，但中国自主研发的芯片达到4000块左右，显示出中国超级计算机对国外技术的依赖正在减弱。“在一些美国传统的领先领域，中国正切切实实地加入比赛，并且获得胜利。”
为什么有了中国芯，天河二号还得用外国芯？
天河二号副总指挥、新闻发言人李楠坦陈，天河二号无法完全使用国产CPU，是出于软件兼容性的需要。
超级计算机有5个核心要素：体系结构、互联技术、操作系统、CPU和应用软件，缺一不可。李楠说，天河二号独创的异构多态体系结构（见链接1）很可能再次引领国际潮流，自主研发的高速互联性能是国际商用产品的两倍，国产“麒麟”操作系统具有很高的安全性。“因此，前三个要素我们都解决得很好，但后两个要素是短板。”
“飞腾1500”性能比用于天河一号的“飞腾1000”提高了18倍，与国际商用CPU已经属于同一代产品。但目前我国大多数大型应用软件都从国外引进，只能在国际商用CPU上运行。如果全部使用国产CPU打造超级计算机，将只能用于天气预报等我国拥有自主知识产权应用软件的行业。而天河二号需要面向各领域用户，只能用国际商用和国产的CPU共同构建系统。
【链接 ①】
异构多态体系结构：
体系结构是超级计算机的筋骨。
我国科技人员首创的独具匠心的“ＣＰＵ＋ＧＰＵ异构融合体系”曾在天河一号中获得成功。之后，这种结构已被国际上很多超级计算机采用。
这一回，中国设计师们再辟蹊径：天河二号没有继续使用ＧＰＵ，而是用被称为ＭＩＣ的英特尔部件作为加速器。这一被称为“新型异构多态体系结构”的全新搭配方式不仅大大提高了机器的计算速度，还将天河二号的应用从科学计算拓展至高效大数据处理、高吞吐率和高安全信息服务等多个领域。
第一名的大旗能扛多久？
风云变幻的世界超级计算机500强排行榜，鲜明地体现着“皇帝轮流做，明年到我家”的自由竞技精神。冠军的宝座常常不等捂热，就被新的竞争对手夺去。天河二号的哥哥天河一号曾于2010年夺冠，此后不足8个月，就被日本的超级计算机“京”超越。
所以人们不禁要问：对天河二号来说，第一名的大旗能扛多久？
大多数专家认为，因为领先第二名太多，天河二号的冠军称号应该至少能保持一年，没准还能维持到2015年。内存总容量1400万亿字节、存储总容量12400万亿字节、最大运行功耗17.8兆瓦的天河二号，与第二名（也是前冠军）的美国“泰坦”相比，持续计算速度约是“泰坦”的2倍，计算密度是“泰坦”的2.5倍，能效比则相当。
中国科学院超级计算中心主任迟学斌的统计表明，最近10年，美国超级计算机性能提升了500倍，中国超级计算机性能则提升了5000倍。这意味着中国超算的发展速度和发展潜力已经进入世界领先行列。
3年中两度研发出全球速度最快的超级计算机，短短十几年里拥有超级计算机的数量从零跃居世界第二，这个成绩显示了中国科技实力的巨大进步。不过美国仍是超级计算机运用最为广泛的国家，因为超级计算机500强中，有超过一半属于美国。日本、欧洲也实力强劲，今后的国际竞争将会非常激烈。
过去30年，高性能计算机发展惊人，其性能每10年提高1000倍。如今，一台个人掌上电脑Ipad2的速度，就相当于1985年的超级计算机世界冠军Cray2。超级计算机的发展速度甚至超过了广为人知的摩尔定律。（见链接2）
未来的超级计算机将是什么模样？在一些科幻小说及电影中，人们已经设想了更高级的超级计算机，例如将全球电脑融为一体的超级电脑。但现实中的竞争如此激烈，理想中的合作是否可能？
科学家们对此表示了乐观的态度，李楠就从中看到了合作机遇。他说，将来的超级计算机技术越来越复杂，编程、能耗等众多问题非一国科学家能够解决，所需资金也会是一个庞大的数字。更重要的是，气候、能源、生命科学、宇宙科学等关系人类未来命运的全球性问题，离不开全球性的解决方案，离不开全球科学家协同创新。
目前，国家超级计算天津中心已与欧盟相关研究机构联合开展基于天河一号核心技术的并行计算技术研究。李楠认为，未来应该建立国际性的超算中心作为共同应对挑战的平台。“集中全球智慧发展高性能计算是人类长远发展的需要，也是我们中国计算机科学家的愿望。我相信这一天不会太远。”
美国工程院院士、超级计算机Top500主持人之一杰克·唐加拉也认为，在工程资金竞争激烈的情况下，一些国家难以承担超级计算机的巨额费用，联合各国共同研制计算机，将使各方受益。
【链接 ②】
摩尔定律：
我们从广义上将摩尔定律表述为计算机芯片的性能每18个月翻一番。看看Top500榜单的变化你会发现，超级计算机的性能其实是每14个月就增加一倍，比摩尔定律预言的更快。这是计算机采用了并行处理的结果。
超级计算机到底能算啥？
顾名思义，超级计算机，最强大的就是它们的超级计算力。可是超级计算机到底能算啥？
哈勃望远镜看不到亿万年前的太空，计算机能算出来。实验无法预知未来气候，计算机能算出来。海啸来袭速度极快，但美国科学家最近在超级计算机上发现了海啸和地震声波的关系，可以通过探测声波提前预警。超级计算机能算出这些关系人类未来生存和发展的大科学问题，这就是超算发展的根本驱动力。
“超级计算机是高度复杂的科学构体，就像能够预知未来的水晶球。”杰克·唐加拉说，“未来气候变化、星系撞击、药物设计，这一切都可以在计算机上进行模拟。高性能计算让我们能够更深入地观察问题，解析度和结果的逼真度更高，当然，求得结果的速度也更快。比如天气预报。如果计算机很慢，要想知道明天天气怎样，也许得24个小时。那么运算就失去意义了——24小时后你完全可以朝窗外看看天气怎样即可。因此，我们要求计算机速度快、求解精确，这两项指标都得靠高性能运算。”
从天河二号与此前超级计算机的对比，我们也能看到超级计算机的性能进步对解决实际问题的影响。用于科研：回溯地球上的气候变迁历史，天河一号可以模拟2000年前的变化，天河二号则可以模拟到5000年前甚至更远。用于艺术：电影《阿凡达》动漫渲染制作耗时一年多完成，如果用天河二号，仅用１个月就可完成。用于工业：传统手段研发新车要经过上百次碰撞实验、历时两年多才能完成，而利用天河二号进行模拟，只需3到5次实车碰撞、两个月即可实现。
事实上，想用天河二号做算术题的用户已经排上了大队。天河二号将作为广州超级计算中心的主机，在2013年下半年安装交付。而国家超级计算天津中心主任刘光明透露，天河二号研制成功后，很多天津中心天河一号的老用户已经迫不及待地提出对天河二号的使用申请。
超算是一种能力，这种能力可能用于各个方面。只要发现规律、建立数理模型、写出应用软件，就能把超级计算机的计算能力转化为具体成果。超级计算机到底能算啥？那要看你能教它算啥。
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