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主題：國產(chǎn)芯片比美國差，為何中國超算能稱霸全球？

2019/6/18 18:27:17

牛人

等級：論壇騎士(三級)

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第 1 樓

國產(chǎn)芯片比美國差，為何中國超算能稱霸全球？

     大家都知道中國的超級計(jì)算機(jī)非常厲害，天河二號和神威太湖之光，都先后霸占世界超級計(jì)算機(jī)排名榜首多年，中國的超算水平是全世界領(lǐng)先的，但是中國個人電腦，通信芯片等領(lǐng)域，卻和超算反過來被美國吊打，這是為什么呢？


     美國對中國禁售超算芯片，中國被迫自研自造

     “美國對中興禁售芯片”事件影響力巨大，讓大家看清了美國的手段，但其實(shí)在這個事件的3年前，美國就對中國禁售了更重要的一種芯片，這就是2015年對中國禁售超算CPU芯片。“天河二號”曾蟬聯(lián)超級計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜世界第一多年，共用了3.2萬顆英特爾“至強(qiáng)”CPU，和4.8萬顆英特爾協(xié)處理器，光采購美國芯片就花費(fèi)幾十億。但超級計(jì)算機(jī)對前沿科技研發(fā)太重要了，結(jié)果美國借口“中國超算用于模擬核爆炸”，在2015年對中國禁購超算CPU芯片，中國被迫采用自研自造芯片，并取得巨大成功。

     為什么中國超算性能，能長期力壓美國？

     國產(chǎn)CPU的制造工藝不如美國，但為什么芯片完全國產(chǎn)的超算“神威太湖之光”的性能能長期力壓美國超算？而且“天河二號”使用的是美國CPU，為什么也能超越美國超算6年？實(shí)際上單個CPU強(qiáng)大并不能決定超算的性能，超算有數(shù)萬個CPU同時工作，CPU之間的工作協(xié)同與數(shù)據(jù)通信非常重要。


     實(shí)際上堆核并不一定能讓芯片性能提高，就像聯(lián)發(fā)科的10核和20核手機(jī)芯片不能叫做高端芯片，性能比高通華為的4核8核芯片更差。超算芯片也是一樣，CPU只是超算芯片的一種最重要的基礎(chǔ)芯片，還需要和另外兩種非常重要的芯片合作，這就是超算數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)交換芯片和超算加速及消息處理芯片，而中國在超算數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)交換芯片的研發(fā)實(shí)力上，比美國強(qiáng)大一大截。單兵能力強(qiáng)只是一個方面，這相當(dāng)于一只狼指揮一群羊，打敗了一只羊指揮的一群狼。


     超算和個人電腦是兩條基本不相交的道路。超算是用很多臺機(jī)器并行運(yùn)算，簡單來說就是把大量的CPU、GPU組在一起使用，超級計(jì)算機(jī)其實(shí)是一個由眾多計(jì)算機(jī)組成的一個網(wǎng)絡(luò)群，不僅是芯片需要專門定制，操作軟件也需要專門的。個人電腦芯片，是不斷改進(jìn)芯片的制造工藝設(shè)計(jì)水平，盡量的把單個芯片性能的做的強(qiáng)大。


     中國的超算，在剛開始發(fā)展時也是使用外國的技術(shù)，例如天河二號就是使用英特爾的技術(shù)，不過在2015年美國禁止英特爾等公司向中國出售至強(qiáng)芯片用于中國天河二號計(jì)算機(jī)的升級，此后中國一些軍用科研單位就再也無法獲得英特爾的技術(shù)支持了。之后中國自己研發(fā)制作出了神威太湖之光超級計(jì)算機(jī)并且排在世界第一。那么神威太湖之光的技術(shù)哪里來的呢？

     神威是在美國禁止出售高性能處理核心背景下研制的，中國在超算剛開始研究時，例如之前的天河一號，就已經(jīng)考慮到了美國政府卡脖子的問題。中國早在上個世紀(jì)就開始布局尋找，如何在計(jì)算機(jī)芯片領(lǐng)域打破美國的壟斷。在1999年中國買來康柏Alpha處理器授權(quán)，那么這個康柏是何方神圣呢，康柏曾經(jīng)是世界領(lǐng)先的電腦銷售商，康柏在1998年收購了Alpha處理器研發(fā)公司DEC，Alpha是一個技術(shù)上很成功的芯片，但是在商用失敗了，Alpha單論性能功耗先進(jìn)程度來說要比英特爾的X86架構(gòu)還要好。

     后來Alpha失敗之后被收購，很多DEC的技術(shù)人員都去了英特爾、AMD、英偉達(dá)等公司，后來這些公司后來的產(chǎn)品都用到了Alpha的技術(shù)，例如英特爾后來引以為傲的超線程技術(shù)。中國買來Alpha技術(shù)，就一直對其研究發(fā)展，在中國發(fā)展超算的時候就一直兩條路走路，一邊用國外AMD 英特爾的技術(shù)發(fā)展超算，一邊用Alpha技術(shù)發(fā)展超算，不過由于X86生態(tài)好，研發(fā)更加的便捷。在11年建立的國家超級計(jì)算機(jī)濟(jì)南中心，就建有使用Alpha芯片的超級計(jì)算機(jī)藍(lán)光。藍(lán)光使用的芯片叫做申威1600，在美國禁止之后，中國直接把超算備用選項(xiàng)Alpha上馬，并在幾年之內(nèi)研究出太湖之光。


     神威太湖之光中國雖然費(fèi)勁波折還是研究出來了，由于超算使用的自己自主的操作系統(tǒng)，不用管什么X86、WINDOWS兼不兼容。但是在商用領(lǐng)域就完全不一樣了，商用領(lǐng)域有各種專利，還有大量用戶桌面都被X86壟斷了，手機(jī)芯片都被AMR控制了，就像英特爾想進(jìn)入手機(jī)芯片，卻被ARM及其盟友高通等建立的圍墻擋在外面，有人說英特爾X86是復(fù)雜指令集 ARM是精簡指令集，X86功耗高不適合手機(jī)芯片等等，這其實(shí)就是屁話，當(dāng)初蘋果專門找英特爾希望英特爾為蘋果手機(jī)研發(fā)一款手機(jī)芯片，英特爾拒絕了，之后在想進(jìn)入這個已經(jīng)由安卓ARM控制的領(lǐng)域就千難萬難。


     現(xiàn)在中國也是這個情況，中國也有很多優(yōu)秀的芯片設(shè)計(jì)商，我們也有自己光刻機(jī)雖然工藝落后一些，刻蝕機(jī)也是世界先進(jìn)水平，龍芯水平也不差，就是沒有X86授權(quán)就無法在WINDOWS上運(yùn)行，屈服于X86就沒有自主權(quán)。我可以這么說沒有人能在個人電腦領(lǐng)域打敗X86一樣，也沒有人能在手機(jī)芯片打敗ARM和其盟友，中國民用芯片想要崛起只能暗自積蓄實(shí)力等待和創(chuàng)造機(jī)會，就像ARM崛起一樣，在一個新興的領(lǐng)域壯大，就像斯柯達(dá)在膠卷無人能敵，但是最后還是在數(shù)碼相機(jī)的時代倒下了一樣。

     中國現(xiàn)在在新興的NPU人工智能芯片領(lǐng)域就很不錯，特別是在手機(jī)人工智能芯片可以說是領(lǐng)先者，華為麒麟處理器用的是ARM CPU GPU的IP，但是NPU用的是中國自己寒武紀(jì)公司的IP。


     美國借鑒中國超算芯片設(shè)計(jì)，但一下代E級超算研發(fā)進(jìn)度落后中國

     雖然由美國IBM建造的橡樹嶺實(shí)驗(yàn)室超算SUMMIT，今年超過“神威太湖之光”，重返第一，但500強(qiáng)中，中國擁有206臺，美國只有124臺，中國超算數(shù)量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過美國。（在德國法蘭克福舉行的國際超級計(jì)算大會6月17日發(fā)布了全球超算500強(qiáng)最新榜單：中國境內(nèi)有219臺超算上榜，美國以116臺位列第二，日本、法國、英國和德國依次位居其后）

     而且美國橡樹嶺的超算，正是經(jīng)過多年努力，比較成功的模仿借鑒了中國超算CPU芯片眾核設(shè)計(jì)和超算數(shù)據(jù)通信芯片的設(shè)計(jì)，再加上美國CPU和GPU工藝的優(yōu)勢。但正由于超算設(shè)計(jì)和架構(gòu)策略類似，太湖之光最高速度是125P，美國Summit最高速度是187P，中美超算沒有倍級上的性能差別，更沒有量級上的性能差別。


     實(shí)際上中國兩年前就已停止這一代超算的研發(fā)，美國Summit至少能霸榜兩年。不過也不用著急，因?yàn)橹袊乱淮腅級超算研發(fā)進(jìn)展非常順利，“天河三號”和“神威E級超算”的原型機(jī)已經(jīng)成功運(yùn)作使用，到2020年就能正式投入使用，性能速度是上一代超算的10倍至100倍。而美國下一代的E級超算研發(fā)還在初級階段，原型機(jī)還沒出來，至少落后中國一兩年。但未來一二十年，美國超算依然是中國的最大對手，甚至可能每隔一兩年冠軍寶座就會在中美之間不斷更換主人，畢竟超算是最強(qiáng)大的前沿科技研發(fā)的工具。