芯片技术落后的中国，是如何造出超级计算机的？
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2019年，超级计算机排行榜出炉。美国人在多年之后，终于依靠Summit重新成为世界第一。而在此之前，中国的太湖之光已经蝉联四届第一。
相比Summit中nVIDIA GPU使用的12nm工艺(今年nVIDIA可能升级到7nm)，神威太湖之光的28nm可以算古董级的工艺了。
明明工艺落后，为何中国的神威太湖之光，却能在超级计算机的排行榜上排名第一达四年之久呢?这背后的奥秘是什么呢?
一、 神威的来源
神威太湖之光是江南所制造的，江南所全称是无锡江南计算技术研究所，很早就开始对自主高性能计算机的研发。
神威用的处理器是申威(以前处理器也叫神威)，这款处理器时，是从美国DEC公司的Alpha处理器衍生出来的。
当时，美国各家大的计算机公司都有自己的指令集和处理器，DEC公司也不例外，而DEC的Alpha系列是当时的明星处理器，同时代浮点性能是最强大的。
然而，成功的处理器不一定能让企业成功。1998年Compaq收购DEC，2002年，惠普康柏合并。而惠普有自己的PA-RISC指令集。
于是，Alpha的东西就卖给中国了，价格不便宜，这是申威的起源。
Alpha当年的思想是很先进的，AMD的K7就有Alpha的影子，英特尔P4的超线程技术是Alpha的。当年桌面CPU还在从单核心向双核心进化，而Alpha的21364已经考虑64个核心的之间的高效通信问题了。
现在，被媒体捧成大神的Jim Keller，当年就是在Alpha设计团队中成长的。
DEC被收购后，他去了AMD，参与设计了K7，是K8项目的主设计师。结果，AMD在那几年吊打Intel。
移动时代，Jim Keller去了PA-Semi，这家公司是由Daniel W. Dobberpuhl在2003年创立，和Jim Keller一样，他也曾在DEC工作，同时他还是Alpha 21064 和StrongARM处理器的主设计者。
就是说，PA-Semi也是Alpha的血脉。结果。PA-Semi给苹果收购，从A5，一直做到今天吊打ARM公版的A13处理器。
你今天用的iPhone，iPad，同样有Alpha的血脉。
从苹果离开后，Jim Keller再去AMD，设计了Zen。今年Zen2重新吊打一次英特尔。
目前，Jim Keller在英特尔准备大招。
Alpha当年提出的很多东西都是超前的，EV7总线，超线程，多核心的通信问题。今天，我们用的英特尔、AMD，苹果A系列处理器都有Alpha的遗产。
所以，重金买下Alpha，给神威一个非常好的底子。
二、江南所的创新
江南所拿到Alpha以后，2006年设计出具有自主微结构的申威1，130nm制程工艺的单核心CPU，主频900MHz，集成5700万晶体管。2008年完成的申威2，是一款130nm制程工艺的双核CPU，主频1.4GHz。
这么落后的工艺做到这么高的主频，因为江南所当时和代工厂有深度合作，优化提升主频，实际性能不错。
2010年，申威1600用65nm制程工艺的16核CPU，主频1.1G，双精浮点140G。申威1600被用于神威蓝光超算。
在技术指标上，16核心的神威1600在1.1ghz的时候，双精度浮点运算能力是140.8G，i7 980xe 6核心在3.2ghz，双精度浮点是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经超越了当时的Intel。而神威的工艺落后，65nm对32nm。
太湖之光用的是申威26010，双精浮点峰值为3.06TFlops，与Kight Landing处在同一水平线。
申威26010采用了“CPU+加速器”的方案(管理核心+运算核心)，为64位RISC(主频1.45GHz)，拥有260个处理核心和4个内存控制器。处理器内包括四个核心组，每组有65个内核，由8×8 Mesh架构计算集群(CPE)、一个管理单元(MPE)、一个内存控制器(MC)组成。
这个理念属于众核，其实当年alpha21364就考虑过64个核的通信问题，神威有个好底子。
后来众核流行，大家都堆小核心，神威的架构正合适，这个东西做超算是合适的。
超级计算机的美国大牛曾经考察过江南所的神威太湖之光。他惊异的发现，中国人把美国最优秀的超级计算机Cray T3D做到了芯片上面。
在工艺落后于英特尔两代的情况下，做出不低于英特尔的性能。一定功耗内，堆核心数量超过英特尔的超级计算机，性能就是世界第一。
由于指令集的差异，江南所的神威太湖之光浮点性能远好于X86指令集的英特尔处理器。
所以，能够追赶神威的，都是采用nVDIAI异构计算的超级计算机。
领先四年后，才被工艺先进数代的产品赶超。江南所自己的创新也毋庸置疑。
三、未来的超级计算机
2019年，中国的神威太湖之光被美国赶超。但是从工艺看，落后两代。
看单核心性能，神威用今天的角度看也很羸弱。28nm 2Ghz 大约是2Ghz ARM A75-A76的水平。与ARM阵营像苹果A12、A13使用的CPU核心结构落后很多。
神威强大在于架构先进，核心之间互联通讯的开销小。
而随着技术的发展，神威是可以提升工艺与单核心性能的，现在中芯国际的12nm已经量产，7nm的evu指日可待。未来神威重回世界第一只是时间问题。
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