我的中国“芯” | 江南计算所SW1600：国产超算“神威蓝光”的“心脏”

超级计算机是什么？可能很多人都有这样的疑问。其实它的基本组成组件与个人电脑的概念无太大差异。但规格与性能则强大许多，是一种超大型电子计算机，能够执行一般个人电脑无法处理的大资料量与高速运算的电脑。具有很强的计算和处理数据的能力，主要特点表现为高速度和大容量，配有多种外部和外围设备及丰富的、高功能的软件系统。现有的超级计算机运算速度大都可以达到每秒一太次以上。

超级计算机是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机，多用于国家高科技领域和尖端技术研究，它对国家安全，经济和社会发展具有举足轻重的意义,是国家科技发展水平和综合国力的重要标志，是计算机中的“战斗机”，因此其计算核心——CPU 更是至关重要。

虽然我国的超级计算技术在世界上的排名一直不错。但是计算性能最好的天河二号用的却是英特尔的 XeonE5 作为主处理器和 XeonPhi 作为协处理器。其内部交换系统是由中国技术人员设计的，效率只有不到 50%，不是自己的核心处理器技术，所以很多地方受制于人，而且安全性也得不到保障。不过值得庆幸的是终于出现了使用国产 CPU 的的超级计算机——神威蓝光。

酷炫神威蓝光

这台名为“神威蓝光”的计算机 2012 年 9 月 16 日安装在山东省的国家超级计算济南中心。神威系统每秒能进行约 1 千万亿次运算，在 2011 年中国高性能计算机 TOP100 排行榜，排名第二。同时让人印象深刻的是，其总功耗只有 1074KW，是天河的功耗 4 兆瓦的四分之一。神威蓝光 LINPACK 效率为 74%，与当时美国最快的计算机美洲虎超级计算机效率相当。（据说可以玩游戏哦！玩“使命召唤”不知道会不会卡！嘿嘿！）该系统采用 8700 片申威 1600 微处理器。

SW1600 正反实物图

SW1600 是江南计算所研制申威系列的第三代处理器，源于鼎鼎大名的 DEC Alpha 21164 架构，采用国人自行开发的 CPU 指令集，属于精简指令集(RISC)微架构。第一代申威 SW-1 在 2006 年发表，采用单核心设计、130nm 制程工艺及 900MHz 工作频率。第二代申威 SW-2 在 2008 年发表，采用双核心设计、130nm 制程工艺及 1.4GHz 工作频率，工作功耗在 70-100W。SW1600 2010 年推出，内建 16 个 RISC 64 位核心，65nm 制程工艺及 975-1200MHz 工作频率，浮点运算能力高达 140.88GFLOPS(1.1GHz 工作频率表现)，作为参考 Intel Nehalem-EX 8 核心为 96GFLOPS(3.0GHz 工作频率)、AMD Opteron 6100 12 核心为 83.2GLOPS(2.6GHz 工作频率)、IBM Power 7 8 核心为 131.2GFLOPS(4.1GHz 工作频率)。

SW1600 芯片结构框图

SW1600 采用的架构与 X86、ARM 完全不同，具备 16 个物理核心(一般台式机上最多才 8 核)，频率为 1GHz，每颗 CPU 搭配 16GB DDR3 内存。看到这里可能很多人有疑问，怎么才 1GHz？现在台式机的处理器默认频率都快破 4GHz 了。其实不能这么比较，申威 SW1600C 的架构不同于 X86 和 ARM(X86 和 ARM 兼容的软件无法直接在它上面运行，这既是一个优点，也是一个缺点。优点是拥有很好的安全性，缺点是软件支持少，需要重新开发。)，而且针对的数据与应用也不同于一般台式机，所以不能单纯从频率来衡量。另外，从结构图上也可以看到，申威 SW1600C 内部有 4 个核心组，也就是说每个核心组包含了 4 个物理核心，由交叉开关来进行动态调节计算负载。

本次选来与 SW1600 做对比的是使用 IBM POWER RISC 架构的 POWER 7（两者都不支持 WINDOWS，都是不同于 X86 的精简指令集。）。IBM Power7 是一个单晶片的八核处理器，打造了新的一代的顶级处理器平台：8 核、4 线程、32MB 缓存，以及 32 路 256 核 1024 线程的大型 SMP 机器，是目前处理器设计的巅峰之作。

POWER 7 实物图

特性对比：

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