美国的最新禁运会让中国下代超算遭致命袭击？告诉你实情

最近这几天，有许多美国媒体幸灾乐祸，认为中国超算行业将受到致命打击，离开了美国的CPU，中国将造不出超算。
事实是这样的吗？这个禁令对我国的超算行业有什么影响？

据多家媒体宣布,在当地韶光6月21日，美国商务部以国家安全为由，再次将中国的5家实体列入进出口牵制的实体清单，禁止它们从美国的供应商采购零部件，干系决定于6月24日生效。

这五家实体与中国超算行业的“三巨子”中的两位干系，涉及到“曙光”和“神威”两款超算。
这五家实体中的江南打算技能研究所便是“神威”超算的研发制造单位。
而其他四家实体，中科曙光，天津海光（Higon）、成都海光集成电路、成都海光微电子技能全都与“曙光”系列超算有关。

最近这几天，有许多美国媒体幸灾乐祸，认为中国超算行业将受到致命打击，离开了美国的CPU，中国将造不出超算。
事实是这样的吗？这个禁令对我国的超算行业有什么影响？本文将对这个问题进行详细剖析。

首先，美国为什么要再次对我国超算企业进行制裁？

实际上，早在2015年初，美国商务部就将中国的四大超算中央列入了禁运清单。
这源于美国长久以来的焦虑：在大约40年中，中国的超算行业从完备入口美国产品，到购买美国的CPU自己制造超算，再到利用自己的CPU和加速器制造超算; 从只有几台超算，在全天下超算市场里不值一提，到拥有超算的数量环球第一，大大超越美国；从拥有的超算性能低下排不上号，到称霸环球最快超算排行榜第一名多年；中国超算行业走出了一条完美的逆袭之路。

天下超算组织top500.org每半年推出一次环球最快的500台超算排行榜。
今年6月刚刚推出了最新的榜单。
环球最快的500台超算数量按国家的分布图如下：

▲数据来源于top500.rog，由笔者整理

TOP500榜单中，中国超算的数量达到了219台，占环球的44%，天下第一；美国以116台的数量占环球的23%，比中国掉队甚多。

要知道，在仅仅一年前的2018年6月，中国在TOP500中的超算总数还是206台，美国还是124台。
这一年中，中国又有了进步，美国又在退步。
从趋势来看，中国的上风会越来越大。

由于超算在军事，科研和经济中的巨大浸染，美国心里的焦虑是可以理解的。
他们急于抑制住中国的发展势头，于是就把商业诚信和公正贸易原则仍进下水道，祭出了禁运大法。
那么，这次的禁运方法对中国超算行业有什么影响？

对中国正在研制中的三台E级超算影响不大

在2018年夏天，美国的超算SUMMIT终于排上了TOP500的第一名，把霸榜多年的中国“太湖之光”挤到了第二名，它比“太湖之光”快60%旁边；接着，美国的另一台超算Sierra投入利用，它以微弱的上风把“太湖之光”挤到了第三位。

美国的媒体愉快起来，一改多年的沉默，开始吹嘘下一代Ｅ级超算的威力。
所谓Ｅ级超算，是指每秒钟运算一百亿亿次的超级打算机，比ＳＵＭＭＩＴ还好快许多倍。
美国的Ｅ级超算操持在2021年旁边投入利用，而中国为Ｅ级超算准备了三个方案，全部利用国产CPU和加速器，也操持在2020到2021年期间陆续投入利用。

这里须要先容一下加速器，超算的核心部件不止是CPU，由于超举措看成的是密集的科学打算事情，CPU实行这样的打算任务并不是效率最高的，拥有浩瀚运算单元的加速器处理器的效率更高，比较范例的加速器芯片便是Ｎｖｉｄｉａ公司的通用型GPU，以及英特尔公司的至强Ｘｅｏｎ　Ｐｈｉ处理器。

最近几年涌现的超算有一个趋势，便是利用一颗CPU带多颗加速器的架构，打算任务紧张由加速器芯片完成，CPU紧张做折衷，通讯和分配任务的事情。

那么，美国的这次禁运对我们的Ｅ级超算有什么影响呢？让我们来仔细看看。

我国为下一代Ｅ级超算准备的三套方案，全都利用国产CPU和加速器芯片：

天河三号Ｅ级超算：

2018年5月19日，国家超算天津中央展示了天河三号原型机，在2018年底投入利用。
天河三号的全配置主机操持在2020年投入利用，性能操持为1EFlops. 天河三号将利用国产飞腾FT2000plus或者后续型号的CPU，以及国防科技大学的Matrix2000plus或者后续型号的加速器芯片。

飞腾CPU采取ARM架构。

Ｍａｔｒｉｘ2000加速芯片是国防科大的通用ＤＳＰ芯片，ＧＰＤＳＰ，就像英伟达公司通用GPU（GPGPU）那样，DSP（数字旗子暗记处理器）也拥有大量的运算单元。

神威E级超算：

神威系列超算是由江南打算机研究所研制的。
2018年7月神威E级原型机落户于国家超算济南中央，须要三年旁边的研发韶光，将在2021年正式投入利用。
神威的CPU肯定是申威系列的最新型号，加速器可能也会采取Matrix2000plus或者其后续型号。

申威系列CPU脱胎于ＤＥＣ Ａｌｐｈａ处理器架构。

曙光E级超算：

中科曙光紧张利用Ｘ86架构的CPU。
在最新的TOP500榜单里，共有曙光公司制造的63台超算。
除了一台以外，其它62台全部利用英特尔的至强CPU，有些超算还利用了英伟达的Ｔｅｓｌａ加速器芯片。

猛的一看，彷佛这次禁运对曙光公司是致命的打击。
由于英特尔和英伟达的芯片往后都买不到了。
但是，曙光公司早就有了全国产化布局。
秘密就在这62台之外的那一台超算上。

CPU：

这台型号为TC8600的超算是2018年投入利用的，它的CPU采取的是天津海光公司的Hygon Dhyana处理器，３２核，２Ｇｈｚ频率。
天津海光公司在2016年初得到了美国ＡＭＤ公司的第一代ＺＥＮ架构的永久授权，出发点相称高，要知道ＡＭＤ公司在2018年才推出第二代ＺＥＮ２的架构。
海光3000系列CPU利用的是x86通用架构，完备支持Windows10 Pro， Windows Server2019， Linux Centos 7.x等主流操作系统，而且还有类似ＡＭＤ　EPYC的做事器版，最多32核64线程，根本频率2.0GHz，加速频率可达3.0GHz，而且涵盖了从4核到32核在内的多个产品线。

在这次禁运公布后，海光公司无法再得到ＡＭＤ新的产品架构授权，但这并不影响已经得到的授权。
海光公司已经组建了超过500人的研发团队，有能力在已经得到的授权的根本上，进一步开拓新的产品，提升CPU的性能。
这也意味着未来Ｘ86架构的CPU在中国可能会产生硬分叉，我们将从此与美国分道扬镳，走出自己的路来。

加速器芯片：

而这台曙光超算的加速器芯片更故意思：它的名称为Deep Computing Processor。
根据公开的新闻宣布，曙光的加速器芯片是基于我国寒武纪公司的AI处理器架构研制的，环球独一无二。
曙光公司的通稿上说：“2017年11月，曙光基于寒武纪低功耗深度学习处理器，率先推出PHANERON，引起业界广泛关注。
时隔6个月，寒武纪发布性能更为强劲的MLU100，曙光同步升级PHANERON产品，并发布一系列搭载寒武纪MLU100的做事器产品，保持着在智能做事器领域的持续领先”

这意味着曙光ＴＣ8600超算运用于AI领域将拥有极大的上风。

未来曙光公司的Ｅ级超算，该当便是基于海光公司的最新CPU和曙光自己设计的PHANERON　AI加速芯片的最新版本。

由此也可以看出美国商务部的这次禁运，也根本影响不了曙光公司的Ｅ级超算产品。

禁运可能对曙光公司的商用超算产品线的影响巨大

我们还须要看到，由于曙光公司的紧张产品线都是基于英特尔的CPU和英伟达的加速器芯片，在这次禁运之后，这些产品线都难以为继了。
从商业层面来说，对曙光公司的影响巨大。
但是好在曙光有了全国产的CPU和加速器芯片替代产品。
我们可以从排名第43的曙光ＴＣ8600和排名第88位的曙光ＴＣ4600ＬＰ／Ｗ740ｌ这两台超算的测试数据看出一些细节来：

表格来源于ｔｏｐ５００．ｏｒｇ，笔者进行整理剖析

曙光ＴＣ4600ＬＰ超算是基于英特尔至强ＣＰＵ和英伟达Ｔｅｓｌａ加速器的产品。
从以上测试数据来看，利用国产CPU和加速器的TC8600超算，在利用了3倍多的CPU核心数量以及５倍旁边的加速器核心数量的情形下，跑分只不过增加到了1.4倍到1.7倍。
但是功耗低落了很多，功耗效率提升了３倍多。

笔者剖析这紧张是由于ＴＣ8600采取的AI加速器并不适宜传统的浮点运算，它只是在AI运算上具有巨大上风。

这也意味着，曙光公司缺少得当的加速器芯片，来提升系统的浮点运算能力。
这可能会对曙光公司的商业发展产生不利影响。

大概曙光公司的未来发卖重点将转向AI运算。
但是，也不用除未来曙光公司开拓基于国产Ｍａｔｒｉｘ2000加速芯片的产品。

在这里必须先容一下，为何曙光公司不能放弃Ｘ86架构的CPU。

环球TOP500强的超算100％都利用Ｌｉｎｕｘ操作系统的不同发行版。
这些版本都为各自的CPU和加速器芯片做了优化。
　而在超算上跑的运用软件也会受到CPU架构的影响。

从目前来看，对Ｘ86架构优化的Ｌｉｎｕｘ系统最成熟，运用软件最多，程序开拓最随意马虎，全体软件生态系统最成熟，稳定。
而国产申威和飞腾CPU的系统则有些不敷，软件工具为它们优化得少，编程也有些麻烦，系统bug也较多，全体软件生态系统只是办理了可用，离Ｘ86系统那样的好用仍旧有一定间隔。

以是，无论从国家的计策方面，还是从曙光公司的商业前景而言，Ｘ86架构都是该当坚持做下去的。

中国半导系统编制造技能的进步将极大地推进国产超算CPU和加速器芯片的性能

中国的半导系统编制造业长期以来是我们最大的短板。
在台积电和三星电子已经量产７纳米工艺，英特尔已经小规模量产10纳米工艺的时候，我国目前最前辈的半导系统编制造工艺还是中芯国际的28纳米工艺。

而在上面提到的国产CPU，要么利用国产较掉队的工艺，自主性能够担保，但性能掉队；要么在外洋找半导体代工企业生产，性能可以提升，但自主性无法得到担保，说不定什么时候就会被掐脖子。

但这个状态很快就要结束了。
中芯国际在2018年8月的第二季度业界报告中宣告，其14纳米生产工艺取得了重大进展，第一代ＦｉｎＦＥＴ技能研发已经进入了客户导入阶段。
而正式量产则操持在2019年中期。
以是，很快，我们就会拥有自己的14纳米半导体生产工艺了。

14纳米有多厉害？要知道，现在英特尔所有的台式机和做事器芯片都是14纳米的。
英特尔在刚刚过去的台北电脑展上宣告会小规模量产10纳米工艺的低电压条记本电脑处理器，并且估量未来几年14纳米仍旧是它的主力工艺。
只有ＡＭＤ在台积电的代工下，刚刚宣告实现了CPU的7纳米工艺生产。

如果国产超算CPU和加速器芯片都利用中芯国际的14纳米工艺生产，它们的性能将会得到一个飞跃。

美国终将搬起石头砸自己的脚

实际上，美国在2015年对中国的四大超算中央的禁运，已经砸了它自己的脚：英特尔的至强Phi加速器芯片停产。

▲图为美国《个人打算机》杂志当年对美国封杀中国四大超算中央，禁止因特尔供应至强Ｐｈｉ加速器芯片给它们的宣布

笔者在这里列一些事实：

中国的天河2号超算分别利用了3.2万颗Xeon E5 CPU和4.8万颗Xeon Phi加速器。

对付Xeon Phi的销量，Intel CEO曾表示过2016年的目标是10万颗出货量。

可见，单单我国的天河2号就能达到Intel 2016年约一半的Xeon Phi销量。

2015年4月9日，美国商务部宣告对中国的四家超算中央禁运英特尔的至强Xeon处理器和至强Phi加速器芯片。

2016年6月18日,至强Phi 7290/7250加速器价格直接腰斩。
到2017年8月24日，英特尔宣告至强 Phi 7200系列协处理器加速卡进入停产退市进程。

▲图为美国《个人打算机》杂志在当年的宣布中也提到中国市场对付因特尔这一芯片的主要性，以及美国禁令将给因特尔带来沉重打击

笔者绝不疑惑英特尔至强Phi加速器芯片的停产便是由于对中国的禁运。
这乃至影响到了美国下一代Ｅ级超算的开拓。
美国的Ｅ级超算，CPU可选择英特尔和AMD的Ｘ86处理器以及IBM的Power处理器，而加速器芯片目前只有一个选择，便是英伟达的通用GPU。

那么美国商务部的这次禁运会有什么结果呢？笔者相信，在我们独立重生的努力之下，几年之后，天下上会涌现几个新的超算CPU生态圈，彻底冲破美国的垄断。

实际上，美国《纽约时报》和《华尔街日报》也都不认为美国政府的这一打击中国超算的举动会阻碍中国的发展。
这两家媒体采访几位不同的美国超算专家就表示，美国政府的行为虽然短期内或给中国的超算发展带来阻碍，却也会更加武断中国开拓本土技能更换美国科技的决心。

而一件一定会要发生的事，便是在2020年和2021年，中国有三台Ｅ级超算将会冲击TOP500排行榜的冠军位置，把美国超算踢下去。
让美国看看，谁才是超算领域的王者！