我国加快“中国芯”研发助力超算赶超国际对接市场

    CPU芯片是电子信息产品的核心，是半导体产业技术最密集、最具战略价值的产品之一，也是国家技术实力的象征。我国“天河”系列两代超算都部分使用了飞腾系列国产芯片，其良好性能已经得到了证明。面对当前国外的芯片禁运政策，业内人士认为，国产芯片在倒逼之下将迎来有利的发展时机，建议我国芯片研发可加强同欧盟等国家的国际合作，从而支撑超算事业，服务于周边产业核心竞争力打造。

    ――国产超算市场应用能力不断提升

    “天河一号”是我国首台千万亿次超级计算机。国家超算天津中心主任刘光明说，正式投入运行5年来，“天河一号”研究服务团队以不断创新进取的精神，对接石油勘探、装备制造、生物医药等广泛市场应用，在国内众多产业中构建起了核心竞争力。

    据国家超算天津中心应用研发部主任孟祥飞介绍，在“天河一号”上面配备了自主研制的飞腾CPU芯片(FT-1000)及麒麟操作系统。两项创新均出自国防科技大学，较为引人注目。尤其是飞腾CPU数量约占全部CPU的1/7，且经过多年运行看性能良好。这为我国关键芯片的国产化之路奠定了坚实的基础。

    此外，“天河一号”还在国内首次创新性地采用了异构体系架构。“CPU加GPU的异构协同并行处理技术是中国科研人员的创新，引领了世界超算技术的潮流。”孟祥飞说，在“天河一号”之前，超算中采用该技术的并不多见，而在最新一期世界超算TOP500榜单中，前十名中采用该技术的就已超过了一半。

    由我国自主研制的超算高速互联通信系统也是其优势所在。孟祥飞介绍，“天河一号”内数万个CPU和GPU通过该系统实现信息交换，相当于编织起了庞大、高效的神经网络。该系统的通信能力是当时美国主流商业芯片的两倍。

    刘光明说，“超算的核心技术是高端信息技术的制高点。它包括了CPU设计、超大规模集成电路设计、操作系统等，是一项牵牛鼻子的科研工作，可带动高端信息技术和应用，以及其他学科研究的全面快速和持续发展，对我国发展成为科技强国具有重要意义。”他认为，到现在为止，还没有一门学科能像超级计算技术那样对其他学科发展有如此广泛的辐射、服务和促进作用，这也正是国外高度重视超级计算技术发展的重要原因。

    正是在包括飞腾CPU在内的一系列创新技术的参与下，“天河一号”的超强运算能力正在构建起我国部分产业领域的核心竞争力。在石油勘探领域，国家超算天津中心与中石油东方地球物理公司合作，运行我国自主研发的石油地震勘探数据分析软件，将地下成像速度由过去的三天提高到一天。继2012年完成两千平方公里三维石油数据分析基础上，去年6月又完成了194万炮数据分析。

    ――国产芯片商业化进程加速推进

    此前，我国国家超级计算长沙中心、国家超级计算广州中心、国家超级计算天津中心和国防科技大学4家机构被部分国家列入芯片限售对象。随着使用国外芯片的“天河一号”和“天河二号”接连成为世界运算速度最快的超级计算机，外界普遍认为这很可能是引发国外“超算反击战”的序幕。不过业内人士对此持有相对乐观的态度，认为这很可能会加速倒逼国产芯片的研发。

    国防科技大学教授、天河二号系统主任设计师卢宇彤曾表示，“在'天河一号’和'天河二号’上已经有一部分我国自主研制的飞腾CPU的小规模试用。飞腾系统已经达到了'天河一号’时代英特尔CPU的水平，当然跟国外最先进的CPU还有3到5年的差距。”他表示，我国高性能计算机的发展，会主动应对各种挑战，在未来不太长的时间里，能迈上一个新的台阶。“天河二号”系统的100P系统升级目标不会变，时间也在可控的范围内，时机成熟时将对外发布。

    在飞腾FT-1000之后，新的国产芯片也已经问世，并有可能进一步推动商业化路径。记者了解到，滨海新区高科技企业天津飞腾信息技术有限公司正式发布了其研制成功的FT-1500A系列CPU处理器。该处理器关键技术国内领先，可实现对Intel中高端“至强”服务器芯片的替代，助力国家信息安全。

    天津飞腾信息技术有限公司成立于2014年8月，由中国电子信息产业集团、滨海新区、国家超级计算中心三家合作建立。由其研制成功的FT-1500A系列CPU处理器芯片是64位通用CPU，经测试与Intel 2010年的处理器性能相当，部分性能略有优势，可广泛应用于政府办公和金融、税务等各行业信息化系统之中。

    该产品借助中国电子系统内产业基础，协同操作系统、整机等产业链上下游企业，共同构建国内较为完整的自主可控软硬件生态系统。天津飞腾信息技术有限公司预计年内还将开发完成另外两款芯片，分别应用于高性能计算和嵌入式装备。国外禁运从客观上成为了国产芯片研发的重要推动力。

    ――国际合作风云变幻 国产芯片研发仍需加速

    早在“天河二号”成功登顶世界超算桂冠一周后，日美两国政府就决定将在新一代超级计算机的开发领域展开合作，今后将共同开发用于驱动超级计算机的操作系统，从而在国际竞争中掌握主导权。

    日美之所以决定合作开发超算机新系统，专家分析认为主要是基于两点原因:一方面，目前超算机所使用的操作系统Linux无法驱动新一代产品，不得不进行配套升级；另一方面，推进诸如超算机这样需要巨额投入的大型科技项目时，在受金融危机影响各国财政吃紧的背景下，国际合作已成为趋势。此前，对于发现被视为质量起源的“希格斯玻色子”的欧洲实验机构，日美欧等已经投入5千亿日元，巨大望远镜“TMT”和“国际直线对撞机”等项目中也纷纷引入了国际合作。

    虽然日美此次宣布联手开发展示出了积极姿态，但双方曾经也围绕超级计算机产生过贸易摩擦。根据调查，日立、NEC、富士通这三家生产超算机的日本企业在1985年曾参加美国国家大气研究中心的采购招标，但当时迫于美国国会压力，该中心最终选择了Cray公司生产的超算机“Cray-2”。此后，NEC和富士通两家企业又在1987年麻省理工学院采购招标中失利，据称落选原因依然和美国国会施压有关。

    专家认为，运算速度并不能完全代表超级计算机的实力。尽管我国超算速度已经领跑全球，但在诸多方面仍有提高余地。尤其是在包括CPU芯片在内的核心零部件研发方面，中国与美国仍存差距。

    在现有的两台“天河”超算上，国产CPU比例不高，也成为核心要素中的短板，对未来相关计算机在国际市场上的应用与推广将形成限制。

    刘光明表示，在提升芯片自主创新能力过程中，除了自身发力，开展国际合作也是一条有效的途径。目前，欧盟已与天津超算中心开展了高性能计算技术的项目合作，双方将共同研讨未来超级计算机及应用技术的发展，为下一代超级计算技术研发提供指导。

    在面对日美超算同盟上，我国亦可与欧盟等国合作，加速自主、可控、可靠芯片的研发，从而为超算乃至超算支撑的诸多产业提供有效帮助。