惊魂百万亿次：曙光5000A冲击Top500纪实

● 后 记

　　元月11日，时逢周日，顶着深冬京城凛冽的寒风，李铭、叶翔宇和本文的3个作者走进了位于金源购物中心一层的上岛咖啡。应该跟上岛道上一句歉，因为我们除了有个人要了一份套餐外，就靠一壶清茶支撑着，从晚上7点开始，聊过9点半购物中心的打烊直至10点半。第二天中科院计算所智能计算机中心张佩珩副主任不仅为我们详细介绍了计算所在高性能计算预研和曙光5000A研发过程中的关键作用，而且还带我们到地下车库，对曙光 5000A做了详细的介绍。第三天，聂华又拨冗跟我们聊了近2个小时。

　　本文所有的素材均取自对上述各位嘉宾的采访，只是因为故事性很强，我们尝试着换一种写法。

　　在采访过程中，我们感触最深的是，曙光5000A作为一个非常复杂的系统，涉及到多家合作，这里面既有国别的差异，也有企业文化的不同，但大家目标一致，顶住时间上的压力，不计得失，夜以继日，终成正果。通常，系统联调遇到问题时，最容易出现扯皮现象——大家极力要把自己择出来。但曙光和微软的测试团队则相互理解、相互支持，有问题先查自己。有过系统抓总经历的人都明白，这是至关重要的。

　　还应该提到的是李铭他们敢于冒险、勇于承担责任的精神和吃苦耐劳的实干，在我们对外企的多年采访经历中还是第一次遇到。这可能也得益于微软中国研发集团的研究文化，Google标榜其工程师可以有 20%的自由支配的时间，而微软中国研发集团的文化可以容忍李铭他们在一段时间内100%地支配自己的时间，而且还瞒着他们的老板。

　　最后应该强调的是，Linpack测试只是衡量曙光5000A系统的极限计算能力，与目前用户的应用模式有着很大的差异，曙光5000A的硬件设计是为用户的应用而非冲击Linpack而优化的。我们从计算所、曙光和微软都听到了这种答案。

本报独家访谈：

　　冲向千万亿次 曙光6000已在研制中

　　国家智能计算机研究开发中心 张佩珩

　　设计曙光系列高性能计算机是中科院计算所的看家本领，其10个研究实体之一——高性能计算机研究中心的任务就是研究和开发高性能计算机。从最早的李国杰院士亲自参与设计的曙光1号，到后来的曙光1000、曙光2000-I、曙光2000-II、曙光3000、曙光4000，直到此次冲进Top500的曙光5000A，中科院计算所始终提供着最为重要的技术支撑。

　　2006年10月，中科院计算所作为承制单位递交可行性报告，开始研制曙光5000A。这台由科技部立项的高性能计算机被定义为百万亿次高效能系统。它融入了多项计算所自主创新技术，如体系结构、主板、计算刀片、系统管理以及散热设计等技术，最终形成了高性能、高效能、高密度、高可靠性、低功耗、低价格的的技术特征。

　　曙光5000A的单计算节点还衍生出了PHPC，融入降噪设计的单节点成为可以被广泛用于办公室等环境的个人高性能计算机。

　　研制一代的同时还要预研一代，本着这样的设计原则和渐进式发展路线，曙光5000A既在体系结构等方面继承了曙光4000的一些成熟技术特征，同时也进行了一些开创型的全新设计。同时，曙光5000A不仅要完成其本身的设计指标，同时也要承担起为下一代计算机探路的重任。曙光5000A的百万亿次研制工作已经完成，并随即提供给上海超级计算中心使用，而其千万亿次的预研任务也处于最后的调制阶段。

　　从2009年开始，计算所开始着手被命名为曙光6000的千万亿次高性能计算机的研发工作，预计到2010年研制完成，并计划提供给国家华南超级计算中心。曙光6000将采用计算所自主创新设计的HPP体系结构，H代表了超节点、超并行的意思。提出新的体系结构，就是要把自主研制的国产处理器龙芯引入到曙光系列高性能计算机当中。

　　直观地说，曙光6000的计算节点在HPP体系结构下是异构的，既有x86处理器，也有龙芯处理器，各司其职。龙芯的指令集与x86指令集不一样，而当前用户应用的应用软件却大多是基于x86指令集的。为了解决用不兼容的指令集来兼容用户的应用软件的问题，该节点用x86处理器来运行操作系统，以实现软件栈兼容，用户的编译和应用提交给x86处理器，再由x86处理器在后台将任务分发给龙芯处理器，用户的使用习惯无须发生任何改变。

　　曙光6000的发展代表了未来发展的“异构”趋势。曙光4000、曙光5000A，都是同构集群，在更大规模的扩展中，将遭遇越来越多的问题，尤其是能耗问题。异构实现的目标之一就是控制能耗，不会发生能耗伴随性能线性增长的情况。

　　曙光6000引入龙芯3处理器，除了有自主研制的原因之外，更多的也是考虑它的低功耗：已经开始流片的龙芯3二代产品为8核处理器，而功耗却控制在30瓦左右，这要明显低于主流的x86处理器。处理器的混合使用，就如同给曙光6000引入了混合动力。

　　在中国做HPC 难处不小但希望更大

　　曙光信息产业有限公司副总裁 聂华

　　高性能计算从技术角度讲，是一个非常有挑战性的难题，更是一个国家科技实力的象征，它有着非常重要的战略意义。我国在高性能计算领域快速发展，必然会带动很多相关行业的科技进步，它本身起到的是个平台作用，如同舞者跳跃的舞台。

　　中国高性能计算的发展遇到不少难处。美国可以根据不同应用研制不同的高性能计算机，可以把应用做得很专，做得相对有技术，做得很容易，而且也有差异化。

　　但中国就难在，在我们目前的发展阶段，要求一台高性能计算机要满足所有可能的潜在应用，满足各种客户的需求，比如有人需要大内存，有人需要网络快，有人需要计算快。这些条条框框促使曙光不得不用通用的设计思路满足客户需求。这就好比我们造飞机，我们既要造战斗机，又要做客机，但结果是做成同时兼顾的一架飞机。

　　根据这种思路设计的通用型高性能计算机，就势必要中规中矩，反而让人感觉不出来比专用计算机更有技术含量。如果按照专用型高性能计算机设计思路进行设计，就要屏蔽掉很多应用，一旦屏蔽很多应用，又不能满足客户需求。这种矛盾是中国在高性能计算机设计的发展道路上遭遇的大难题。

　　另一方面，我国高性能计算的应用程序也并不丰富，能应用到工程上的就更少了。我们既要重视有形的东西，也要重视无形的东西。高性能计算机固然很重要，但是如果在这个平台上没事可做，那也是一种浪费。高性能计算应用软件专业性极强，一般的商业软件公司无法开发。没有长时间的经验积累和大量资金投入，要在短时间内开发出适合中国各行业特点的应用软件并非易事。但只有更多地发展应用，让高性能计算更加普及，甚至成为很多行业的应用习惯，这才能形成正向循环。

　　但我们的国情也让高性能计算发展充满了希望。高性能计算已经为社会创造了很多价值。举个通俗的例子，马路上的下水井盖，为什么当车以不同速度经过时，第一个车轮轧过造成的震动不至于使井盖形成一个角度，让后面车轮轧过去的时候陷下去，这种频率控制设计就需要使用高性能计算机来辅助。这只是在日常生活当中可以看到的，在更多的高精尖领域，高性能计算更是发挥着重要作用。比如，曙光4000已经为民航的支线LGR1做出重要贡献。如今我国要研制大飞机，曙光 5000A的重要用途之一，就是要为民航大飞机的研发提供支撑和服务。高性能计算机的应用领域和前景一片大好。

　　曙光此次冲进全球 Top500十强，赢得的是尊重，展示了我们的技术实力，我们有能力做好高性能计算机，而且绝不比外国人做得差。而这次与微软合作，其背后更深层次的意义在于，双方都有意愿要推动高性能计算普及化，普及化的首要指标就是好用。这也是当初为何选择Windows进行尝试的原因，毕竟Windows是一个被广泛使用的平台，拥有众多的开发者，他们习惯熟悉的语言环境、开发工具和用户界面。而能很好地支持Windows运行，更证明了曙光5000A的通用性。