中国超级计算的黑马芯片——FT（飞腾）

作者/来源: Michael Feldman / HPCWire

http://www.hpcwire.com/hpcwire/2012-01-19/china_s_dark_horse_supercomputing_chip:_feiteng.html


中国开发用于国产高性能计算微处理器的步伐看来开始加速了。龙芯- 3B和神威SW1600处理器先后推出，尤其后者是中国神威蓝光千万亿次超级计算机的核心芯片。伺机而动的飞腾处理器架构，可能将中国的超级计算机带入到exascale的境界。

关于飞腾芯片的最新情况虽然没有更多的公开信息，但它一度被推崇为“世界上第一个专为高性能科学计算的64位流处理器”。这个架构是位于湖南的国防科技大学开发的，曾经以“FT（飞腾）”，“YH（银河）”，“YHFT（银河飞腾）”，和“FT64”等名字出现。第一阶段工作以FT64的名字于2007年完成。

根据2007年度的计算机体系结构国际研讨会（ISCA 2007）上一份论文（由当年ACM出版），FT64的架构和指令集是专门为高性能计算设计的，采用基于VLIW（超长指令字）的指令集，该指令集中将近一半用于64位浮点运算操作，所以其芯片面积的约36％专门用于算术运算，就一点也不让人感到奇怪了。

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2012-2-10 23:37 上传

FT64采用130nm工艺技术生产，工作频率500 MHz，达到了16Gflops（16亿次）的峰值性能。虽然这个指标在今天看来并不令人兴奋，但要记住，FT64是5年前的技术。更令人印象深刻的的是，该芯片消耗只有8.6瓦的功率，这将产生约1.8亿次/瓦的能源效率。而目前的NVIDIA GPU TeslaM02090虽然采用了2011年的40nm工艺，其效能也不过约2.9亿次/瓦。

如同GPGPU一样，FT64是一个协处理器，需要由主CPU驱动运行。ACM的论文里介绍了一个高性能系统的主板：由一个主CPU驱动8个FT64，并通过一个芯片主机接口与每个协处理器进行通信。像今天的GPU - CPU系统一样，FT64内存和主机内存是分开的。

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2012-2-10 23:37 上传

FT64的设计师们也开发了一种被称为SF95流编程语言，它用10个附加指令扩展了Fortran95以开发这个架构的性能潜力。使用专门开发的编译器，FT64测试了 9个常见的科学应用内核（FFT, EP, MG, Swim, CG, Laplace, Jacobi, GEMM, and NLAG-5）用来对比FT64和 Itanium 2的性能。除了在运行CG内核时FT64只有Itanium十分之一的性能，在其他内核上，FT64的速度比Itanium快1倍到2.5倍，在FFT性能上甚至达到8倍的加速比。

然而，2011年12月在国防科技大学一个研讨会上发布了不同的体系结构。这里提供的研讨会摘要：

国防科技大学计算机学院开发的银河飞腾（YHFT）系列高性能通用CPU，依旧以高性能计算为目的。第一代的YHFT CPU采用EPIC（显式并行指令计算）架构。它的ISA（指令集架构）是完全兼容英特尔的Itanium。第二代基于SoC（片上系统）架构。它是由一个通用的CPU和流处理器——世界上第一个64位流处理器组成，专为高性能科学计算设计。该处理器已成功地用于在银河高性能超级计算机系统中。研究结果发表在ISCA2007国际会议和IEEE TPDS上。第三代的YHFT CPU是多核处理器。它的ISA完全兼容SPARC，支持浮点SIMD（单指令多数据）、支持多芯片互连以提高并行处理效能并可直接构成SMP（对称多处理）系统。天河1号千万亿次超级计算机系统已经使用这个多核心处理器的第一个版本，目前正在进行升级版本的研制，将在明年用于天河1号的下一代超级计算机系统上。

根据这种情况，FT64应该是第二代架构，并可能部署在中国一些银河超级计算机上，只是表现得很低调。

飞腾架构的第三代，听起来更像是一个传统的、独立的CPU，而不是一个流加速器。考虑到它最新的版本正用于天河1号超级计算机，因此它的升级版本会用于下一代天河1号。有趣的是，国防科技大学的天河- 1A峰值在4.7 petaflops，是目前中国最强大的机器，但采用英特尔Xeon处理器和NVIDIA Tesla提供能量。

下一代天河机中升级的飞腾芯片将发挥多大作用目前尚不清楚，但对于选择芯片制造商，国防科技大学并没有比美国同行表现出更多的忠诚。2010年，国防科技大学采用Intel Xeon和AMD的Radeon图形处理器用于其第一代千万亿次超级计算系统天河- 1号。次年，他们换成了NVIDIA GPU的天河- 1A。

中国在高性能计算方面希望开发和利用本土的微处理器，因此在未来，国防科技大学的超级计算机采用飞腾处理器取代英特尔和NVIDIA是不足为奇的。显然，在中国的超级计算机开发机构正在尝试多种的微处理器，虽然在这一点上中国愿意使用任何东西，以最大限度地提高系统性能。但几乎可以肯定，中国希望其第一个exaflop机是完全建立在其国内的技术上，当然，包括微处理器！

作者/来源: Michael Feldman / HPCWire

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中国开发用于国产高性能计算微处理器的步伐看来开始加速了。龙芯- 3B和神威SW1600处理器先后推出，尤其后者是中国神威蓝光千万亿次超级计算机的核心芯片。伺机而动的飞腾处理器架构，可能将中国的超级计算机带入到exascale的境界。

关于飞腾芯片的最新情况虽然没有更多的公开信息，但它一度被推崇为“世界上第一个专为高性能科学计算的64位流处理器”。这个架构是位于湖南的国防科技大学开发的，曾经以“FT（飞腾）”，“YH（银河）”，“YHFT（银河飞腾）”，和“FT64”等名字出现。第一阶段工作以FT64的名字于2007年完成。

根据2007年度的计算机体系结构国际研讨会（ISCA 2007）上一份论文（由当年ACM出版），FT64的架构和指令集是专门为高性能计算设计的，采用基于VLIW（超长指令字）的指令集，该指令集中将近一半用于64位浮点运算操作，所以其芯片面积的约36％专门用于算术运算，就一点也不让人感到奇怪了。

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2012-2-10 23:37 上传

FT64采用130nm工艺技术生产，工作频率500 MHz，达到了16Gflops（16亿次）的峰值性能。虽然这个指标在今天看来并不令人兴奋，但要记住，FT64是5年前的技术。更令人印象深刻的的是，该芯片消耗只有8.6瓦的功率，这将产生约1.8亿次/瓦的能源效率。而目前的NVIDIA GPU TeslaM02090虽然采用了2011年的40nm工艺，其效能也不过约2.9亿次/瓦。

如同GPGPU一样，FT64是一个协处理器，需要由主CPU驱动运行。ACM的论文里介绍了一个高性能系统的主板：由一个主CPU驱动8个FT64，并通过一个芯片主机接口与每个协处理器进行通信。像今天的GPU - CPU系统一样，FT64内存和主机内存是分开的。

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2012-2-10 23:37 上传

FT64的设计师们也开发了一种被称为SF95流编程语言，它用10个附加指令扩展了Fortran95以开发这个架构的性能潜力。使用专门开发的编译器，FT64测试了 9个常见的科学应用内核（FFT, EP, MG, Swim, CG, Laplace, Jacobi, GEMM, and NLAG-5）用来对比FT64和 Itanium 2的性能。除了在运行CG内核时FT64只有Itanium十分之一的性能，在其他内核上，FT64的速度比Itanium快1倍到2.5倍，在FFT性能上甚至达到8倍的加速比。

然而，2011年12月在国防科技大学一个研讨会上发布了不同的体系结构。这里提供的研讨会摘要：

国防科技大学计算机学院开发的银河飞腾（YHFT）系列高性能通用CPU，依旧以高性能计算为目的。第一代的YHFT CPU采用EPIC（显式并行指令计算）架构。它的ISA（指令集架构）是完全兼容英特尔的Itanium。第二代基于SoC（片上系统）架构。它是由一个通用的CPU和流处理器——世界上第一个64位流处理器组成，专为高性能科学计算设计。该处理器已成功地用于在银河高性能超级计算机系统中。研究结果发表在ISCA2007国际会议和IEEE TPDS上。第三代的YHFT CPU是多核处理器。它的ISA完全兼容SPARC，支持浮点SIMD（单指令多数据）、支持多芯片互连以提高并行处理效能并可直接构成SMP（对称多处理）系统。天河1号千万亿次超级计算机系统已经使用这个多核心处理器的第一个版本，目前正在进行升级版本的研制，将在明年用于天河1号的下一代超级计算机系统上。

根据这种情况，FT64应该是第二代架构，并可能部署在中国一些银河超级计算机上，只是表现得很低调。

飞腾架构的第三代，听起来更像是一个传统的、独立的CPU，而不是一个流加速器。考虑到它最新的版本正用于天河1号超级计算机，因此它的升级版本会用于下一代天河1号。有趣的是，国防科技大学的天河- 1A峰值在4.7 petaflops，是目前中国最强大的机器，但采用英特尔Xeon处理器和NVIDIA Tesla提供能量。

下一代天河机中升级的飞腾芯片将发挥多大作用目前尚不清楚，但对于选择芯片制造商，国防科技大学并没有比美国同行表现出更多的忠诚。2010年，国防科技大学采用Intel Xeon和AMD的Radeon图形处理器用于其第一代千万亿次超级计算系统天河- 1号。次年，他们换成了NVIDIA GPU的天河- 1A。

中国在高性能计算方面希望开发和利用本土的微处理器，因此在未来，国防科技大学的超级计算机采用飞腾处理器取代英特尔和NVIDIA是不足为奇的。显然，在中国的超级计算机开发机构正在尝试多种的微处理器，虽然在这一点上中国愿意使用任何东西，以最大限度地提高系统性能。但几乎可以肯定，中国希望其第一个exaflop机是完全建立在其国内的技术上，当然，包括微处理器！