中國超算重回世界之巔

  6月23日，德國漢堡國際超算大會現場，最新一期全球超級計算機500強（TOP500）榜單揭曉。2.198EFlops——中國超算“靈晟”以每秒2.198百億億次浮點運算的持續雙精度浮點性能高居榜首。美國El Capitan以1.809EFlops位列第二。“靈晟”是世界首臺持續性能超2EFlops的超算系統，全面領先國際現有E級超算，宣告中國超算重回世界之巔。

  更令業界矚目的是，這臺超算從芯片到系統全部由我國自主研制。時隔9年，中國超算重回世界第一，背后是怎樣的技術突破？科技日報記者進行了相關采訪。

  第一問：“靈晟”何以領先其他E級超算？

  答案在于架構創新。“靈晟”超算系統總設計師、國家超級計算深圳中心主任盧宇彤介紹，“靈晟”系統首創在線加速的全CPU架構，打破傳統CPU-GPU（中央處理器—圖形處理器）異構架構壁壘，內嵌AI矩陣加速單元，回歸計算加速的本質。

  傳統超算提升性能的主流做法是堆砌GPU加速卡。美國最強的El Capitan、Frontier兩大E級超算，都是走這條路線。但“靈晟”反其道而行之，完全依托國產LX2 CPU核心跑出世界第一。

  其中的關鍵在于芯片層。LX2 CPU創新性引入多精度與矩陣加速能力，實現片上超算算力與智能算力深度融合。它還集成了首顆國產高帶寬內存，內存帶寬相比傳統CPU配套內存提升10倍。

  事實上，把加速單元做進CPU本身，省掉了CPU與GPU之間數據搬運的開銷。這不是被動選擇，而是主動換道。

  圖靈獎得主杰克·唐加拉評價稱：“中國的‘靈晟’系統讓世界看到了超算通向科學智能（AI for Science）新型系統架構的希望之光。”

  第二問：中國超算怎樣實現全棧自主？

  如果說，2017年的“神威·太湖之光”登頂，是芯片單點突破；9年后的“靈晟”已是全棧自主，從里到外全是中國造。

  盧宇彤介紹，“靈晟”依托國產高性能CPU、片上高帶寬內存、高速互連網絡、高吞吐存儲、三維浮動正交、全液冷散熱等多項核心技術創新打造。

  其中，在芯片層，有前文提到的國產自研LX2 CPU；在網絡層，自主設計的靈啟高速互連網絡可支持200萬端口、10萬節點的超大規模組網。

  “存儲層采用分層架構，兼顧高性能作業區與容量型數據區，可擴展至E級。”盧宇彤介紹，“靈晟”構建大規模超智融合框架，自研全棧軟件，將底層硬件能力以可用、可編程、可優化的方式釋放給應用，提高各領域應用性能。

  第三問：“靈晟”賦能實力如何？

  超算的終極使命不是“跑分”，而是給各行各業的創新托底。

  盧宇彤介紹，“靈晟”定位為面向科學、工程、智能計算的國產全棧融合基礎設施。

  據了解，自系統部署以來，“靈晟”已支撐大氣海洋、工程仿真、材料科學、藥物發現、腦科學、大模型推理等多領域應用，支撐混合精度計算、工作流和復雜多任務并行運行，在大規模并行環境下平均擴展效率可達84.4%。

  如今，面向科學、工程、產業各領域的大規模應用需求，“靈晟”提供多學科、全流程、多精度融合的科學智能應用生產級平臺。

  在遙感領域，國家超級計算深圳中心副主任付昊桓介紹，其團隊依托“靈晟”開展遙感模型的大規模訓練與系統優化，全機端到端訓練峰值性能在該領域領先，實現全球8年時序遙感影像高倍壓縮與高效重建。目前，相關技術支撐遙感解譯與降水預報，顯著提升預報精度，助力國土監測、災害預警。

  在生物信息領域，中山大學計算機學院教授楊躍東說，基于“靈晟”，已實現單日十萬億級化合物虛擬篩選。結合AI強化學習方法，篩選效率提升千倍，將有力支撐創新藥研發與精準醫療。

  超算普遍存在性能越高功耗越大的難題，而“靈晟”不僅跑得快，還跑得綠色。盧宇彤介紹，“靈晟”首創100%全液冷散熱計算機柜，以51GFlops/W（每秒10億次浮點運算/瓦）能效比，在擁有全球頂尖持續運算性能的基礎上，樹立綠色計算新標桿。（記者 羅云鵬）