美國禁售芯片，中國超級計算機還有戲嗎？

　　最近，連續四次蟬聯(lián)超級計算機世界第一的“天河二號”遇到了麻煩，4月9日，美國商務(wù)部發(fā)布報告，決定拒絕英特爾公司向中國的國家超級計算廣州中心出售至強芯片用于天河二號系統升級的申請。國家超級計算長(cháng)沙中心、廣州中心、天津中心和國防科技大學(xué)四家國家超算中心被列入出口管制名單。

　　美國方面給出的解釋是這4家中國超算中心從事“違反”美國國家安全或外交政策利益的活動(dòng)。而據《華爾街日報》報道，美國商務(wù)部曾于今年2月18日發(fā)布一份通知稱(chēng)，使用了兩款英特爾微處理器芯片的天河二號和早先的天河1號A系統，“據信被用于核爆炸模擬”。

　　美國暫時(shí)不賣(mài)芯片了，中國的超級計算機還有戲嗎?這得從頭說(shuō)起。

　　一、超級計算機的由來(lái)

　　其實(shí)，計算機最早就是從超級計算機開(kāi)始的，無(wú)論是第一臺機械計算機(英國巴貝奇爵士設計，未最終完成)，還是第一臺電子計算機Eniac，都是做科學(xué)計算和軍事用途用的。

　　計算機性能的擴展有兩條道路，一條的不斷改進(jìn)制造工藝，提升芯片設計水平，把單個(gè)芯片設計的很強悍，提升性能。還有一條道路是盡可能用比較多的機器并行，用多機機器一起運算來(lái)提升性能。

　　早期，超級計算機都是昂貴的高級貨，處理器是專(zhuān)門(mén)設計的，芯片組是配套的，甚至每根連接線(xiàn)都是定制的，成本極高。

　　而隨著(zhù)PC和網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展，人們發(fā)現追求強大的計算能力可以不那么昂貴。于是，人們開(kāi)始嘗試用大批量生產(chǎn)的PC或者工作站來(lái)攢超級計算機。

　　若干臺PC或者工作站通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接起來(lái)，把任務(wù)分給這些機器并行，然后返回，計算能力絲毫不弱于昂貴的專(zhuān)用超級計算機，于是傳統的超級計算機開(kāi)始沒(méi)落。

　　這個(gè)時(shí)代出現了很多平民化的超級計算機，譬如用浩鑫HTPC準系統湊起來(lái)的超級計算機，把一個(gè)學(xué)校的MAC電腦湊起來(lái)的超級計算機等等，這些看似玩具的東西居然一度占據了TOP500超級計算機排行榜，甚至谷歌自己用的服務(wù)器也是用這種辦法攢出來(lái)的。

　　而在這個(gè)過(guò)程中，人們發(fā)現，限制超級計算機能力居然是功耗，人們不能堆積太多的數量是因為功率和發(fā)熱限制，性能功耗比甚至比性能本身更重要。

　　于是，IBM開(kāi)發(fā)出藍色基因，不追求單個(gè)核心的高性能，而是降低功耗，攢更多的數量來(lái)提升性能。但是因為單獨開(kāi)發(fā)這種處理器在批量和成本上無(wú)法與通用的PC處理器相比，并沒(méi)有流行開(kāi)。

　　二、從CPU到協(xié)處理器

　　索尼為了提升PS3游戲機的性能，聯(lián)合IBM搞了Cell處理器，這是異構計算的開(kāi)始。因為在計算任務(wù)中，有些任務(wù)是簡(jiǎn)單的，不需要復雜的邏輯處理，只需要足夠的計算單元暴力計算，這樣處理器就可以設計成兩部分，一個(gè)簡(jiǎn)單的運算核心，幾個(gè)強大的簡(jiǎn)單計算單元，這就是Cell的思路。

　　因為這種計算編程難度太高，所以Cell用在游戲機上并不成功，但是這個(gè)思路可以拿到電腦上，這就是我們熟悉GPU通用計算。

　　因為3D的需求，顯卡有強大的計算能力，這種能力只用于3D游戲浪費了，于是在Cell之后就有了GPU的通用計算，CPU處理復雜任務(wù)，GPU處理暴力計算，nVIDIA甚至搞出來(lái)CUDA專(zhuān)門(mén)解決這個(gè)問(wèn)題，而且在GPU的設計上就為通用計算做了優(yōu)化。

　　單臺計算機異構化，獲得強大的計算能力，那么就可以把這些單臺計算機聯(lián)網(wǎng)，組成計算能力強大的異構超級計算機。

　　于是中國在2009年搞出來(lái)天河一號超級計算機，就是CPU和GPU異構組成的超級計算機，一度排名世界第一。百度搞人工智能的計算機也是這種異構的超級計算機。

　　如果以后超級計算機全部異構化，那么CPU提供的計算能力只占一小部分，這無(wú)疑代表了nVIDIA和AMD要搶Intel的飯碗，Intel當然不能坐以待斃。

　　于是Intel開(kāi)始自己做異構用的芯片，這就是Larrabee計劃，其實(shí)GPU本來(lái)就是一個(gè)個(gè)小的計算核心，然后組合起來(lái)。而Intel手里是有小核心的，這就是當年的奔騰一代處理器核心P54C。

　　Intel把這款20年的老核心集成起來(lái)做成眾核，做成協(xié)處理器，可以做3D顯卡，也可以做超級計算機的協(xié)處理器。這個(gè)項目初期失敗了。但是，Intel在這個(gè)基礎上發(fā)展出來(lái)了“眾核架構”(MIC)的Xeon Phi協(xié)處理器。并且獲得了天河2號(目前世界第一超級計算機)的選用。

　　而協(xié)處理器的能力取決于單個(gè)小核心的計算能力，P54C這個(gè)20年前的核心弱爆了。而Silvermont作為Intel反擊移動(dòng)市場(chǎng)的利器，性能功耗比非常出色，于是，Intel把這個(gè)小核心攢起來(lái)做成眾核的Xeon Phi，這就是Knights Landing，也就是目前被禁售的處理器。

　　三、美國禁售會(huì )有影響嗎?

　　從技術(shù)上看，Xeon Phi相比nVIDIA和AMD的產(chǎn)品，優(yōu)勢在于支持X86指令集，編程和編譯都比較方便，易用性更好。如果美國真的嚴格執行禁售，那么中國可以采購nVIDIA和AMD的產(chǎn)品，實(shí)際上天河一號就是用的AMD的顯卡作為協(xié)處理器。

　　而從這次禁售的范圍看，國家超級計算長(cháng)沙中心、廣州中心、天津中心和國防科技大學(xué)四家國家超算中心被列入出口管制名單，這幾個(gè)都與軍方有一定關(guān)系。國家深圳超算中心，國家濟南超算中心，上海超算中心都沒(méi)有在管制名單以?xún)�，中國購買(mǎi)Xeon Phi并沒(méi)有障礙。

　　而且Xeon Phi作為Intel上貨架的產(chǎn)品，即使對中國全面禁售，世界這么大，中國通過(guò)轉口貿易進(jìn)口也毫無(wú)問(wèn)題。

　　所以，這次禁售更像是一次政治秀，起不到太大的作用。

　　四、中國自己有替代品嗎?

　　這次禁售更像政治秀，而即使美國真的全面禁售，在超級計算機方面，中國也是留有后招的。

　　中國早在1999年就買(mǎi)到Compaq公司的Alpha處理器的授權。Alpha處理器一款技術(shù)成功，商業(yè)失敗的處理器，其性能遠超越同時(shí)代的X86處理器，但是商業(yè)上卻失敗，其研發(fā)人員后來(lái)去了Intel和AMD，AMD公司的K7所使用的EV6總線(xiàn)技術(shù)，Intel的超線(xiàn)程技術(shù)，都是Alpha處理器的遺產(chǎn)。

　　中國買(mǎi)下Alpha的授權以后，逐漸發(fā)展出來(lái)了神威系列。2012年9月16日安裝在山東省的國家超級計算濟南中心就是使用神威1600處理器。

　　在技術(shù)指標上，16核心的神威1600在1.1ghz的時(shí)候，雙精度浮點(diǎn)運算能力是140.8G，i7 980xe 6核心在3.2ghz，雙精度浮點(diǎn)是107.55G。i7的功耗是130W，神威1600的功耗是70W。神威在性能功耗比上已經(jīng)超越了當時(shí)的 Intel。

　　而在協(xié)處理器的發(fā)展上，Alpha在10多年前就預留了64核的眾核架構，必要時(shí)候替代Xeon Phi也是完全可能的。

　　正如我們前面所說(shuō)的，專(zhuān)用處理器專(zhuān)用架構價(jià)格高昂，使用困難。所以神威只是備用的后招，天河還是用Intel的處理器。

　　但是，一旦Intel真的買(mǎi)不到，中國自己也是有替代品的，神威性能足夠，無(wú)非成本和便捷程度有差異罷了。

　　所以，此次美國禁售芯片更像是一次政治秀，對中國超級計算機的發(fā)展并沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的影響，相反，它會(huì )給我們的決策部門(mén)提醒，讓中國自己的處理器產(chǎn)業(yè)有更好的發(fā)展環(huán)境。禁售阻擋不了中國超級計算機進(jìn)步的腳步。

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