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国产芯片比美国差，为何中国超算能称霸全球？

發帖：牛人 | 2019/6/18 18:27:17 | 第 1 樓

国产芯片比美国差，为何中国超算能称霸全球？

     大家都知道中國的超級計算機非常厲害，天河二號和神威太湖之光，都先后霸占世界超級計算機排名榜首多年，中國的超算水平是全世界領先的，但是中國個人電腦，通信芯片等領域，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”曾蟬聯超級計算機500強排行榜世界第一多年，共用了3.2萬顆英特爾“至強”CPU，和4.8萬顆英特爾協處理器，光采購美國芯片就花費幾十億。但超級計算機對前沿科技研發太重要了，結果美國借口“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CPU的制造工藝不如美國，但為什么芯片完全國產的超算“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？實際上單個CPU強大并不能決定超算的性能，超算有數萬個CPU同時工作，CPU之間的工作協同與數據通信非常重要。


     實際上堆核并不一定能讓芯片性能提高，就像聯發科的10核和20核手機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，這就是超算數據網絡交換芯片和超算加速及消息處理芯片，而中國在超算數據通信網絡交換芯片的研發實力上，比美國強大一大截。單兵能力強只是一個方面，這相當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。超算是用很多臺機器并行運算，簡單來說就是把大量的CPU、GPU組在一起使用，超級計算機其實是一個由眾多計算機組成的一個網絡群，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，是不斷改進芯片的制造工藝設計水平，盡量的把單個芯片性能的做的強大。


     中國的超算，在剛開始發展時也是使用外國的技術，例如天河二號就是使用英特爾的技術，不過在2015年美國禁止英特爾等公司向中國出售至強芯片用于中國天河二號計算機的升級，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支持了。之后中國自己研發制作出了神威太湖之光超級計算機并且排在世界第一。那么神威太湖之光的技術哪里來的呢？

     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，就已經考慮到了美國政府卡脖子的問題。中國早在上個世紀就開始布局尋找，如何在計算機芯片領域打破美國的壟斷。在1999年中國買來康柏Alpha處理器授權，那么這個康柏是何方神圣呢，康柏曾經是世界領先的電腦銷售商，康柏在1998年收購了Alpha處理器研發公司DEC，Alpha是一個技術上很成功的芯片，但是在商用失敗了，Alpha單論性能功耗先進程度來說要比英特爾的X86架構還要好。

     后來Alpha失敗之后被收購，很多DEC的技術人員都去了英特爾、AMD、英偉達等公司，后來這些公司后來的產品都用到了Alpha的技術，例如英特爾后來引以為傲的超線程技術。中國買來Alpha技術，就一直對其研究發展，在中國發展超算的時候就一直兩條路走路，一邊用國外AMD 英特爾的技術發展超算，一邊用Alpha技術發展超算，不過由于X86生態好，研發更加的便捷。在11年建立的國家超級計算機濟南中心，就建有使用Alpha芯片的超級計算機藍光。藍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Alpha上馬，并在幾年之內研究出太湖之光。


     神威太湖之光中國雖然費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，不用管什么X86、WINDOWS兼不兼容。但是在商用領域就完全不一樣了，商用領域有各種專利，還有大量用戶桌面都被X86壟斷了，手機芯片都被AMR控制了，就像英特爾想進入手機芯片，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是復雜指令集 ARM是精簡指令集，X86功耗高不適合手機芯片等等，這其實就是屁話，當初蘋果專門找英特爾希望英特爾為蘋果手機研發一款手機芯片，英特爾拒絕了，之后在想進入這個已經由安卓ARM控制的領域就千難萬難。


     現在中國也是這個情況，中國也有很多優秀的芯片設計商，我們也有自己光刻機雖然工藝落后一些，刻蝕機也是世界先進水平，龍芯水平也不差，就是沒有X86授權就無法在WINDOWS上運行，屈服于X86就沒有自主權。我可以這么說沒有人能在個人電腦領域打敗X86一樣，也沒有人能在手機芯片打敗ARM和其盟友，中國民用芯片想要崛起只能暗自積蓄實力等待和創造機會，就像ARM崛起一樣，在一個新興的領域壯大，就像斯柯達在膠卷無人能敵，但是最后還是在數碼相機的時代倒下了一樣。

     中國現在在新興的NPU人工智能芯片領域就很不錯，特別是在手機人工智能芯片可以說是領先者，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公司的IP。


     美國借鑒中國超算芯片設計，但一下代E級超算研發進度落后中國

     雖然由美國IBM建造的橡樹嶺實驗室超算SUMMIT，今年超過“神威太湖之光”，重返第一，但500強中，中國擁有206臺，美國只有124臺，中國超算數量已經遠遠超過美國。（在德國法蘭克福舉行的國際超級計算大會6月17日發布了全球超算500強最新榜單：中國境內有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芯片眾核設計和超算數據通信芯片的設計，再加上美國CPU和GPU工藝的優勢。但正由于超算設計和架構策略類似，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。


     實際上中國兩年前就已停止這一代超算的研發，美國Summit至少能霸榜兩年。不過也不用著急，因為中國下一代的E級超算研發進展非常順利，“天河三號”和“神威E級超算”的原型機已經成功運作使用，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級超算研發還在初級階段，原型機還沒出來，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，畢竟超算是最強大的前沿科技研發的工具。

     登上歷史舞臺的中國最重要的四個系列超算：

     1983年，我國第一臺每秒運算1億次以上的計算機“銀河”研制成功，從此開啟超算世界的征程。隨后，銀河二號、三號、四號接踵而至，算力也從每秒1億次提升到1萬億次。

     1992年“曙光一號”超級計算機研制成功，

     1999年“神威”問世，

     2002年聯想成功研發“深騰”


     這是一場任正非渴盼已久的戰爭，美國不是對手！

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