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來源：互聯網

“神威·太湖之光超級計算機是世界首臺峰值運算能力超過每秒10億億次、擁有千萬核的超級計算機，由國家并行計算機工程技術研究中心研制，安裝在國家超級計算無錫中心。主要服務于中國國產大飛機C919精細數值模擬、天宮一號隕落路徑預測計算等國家重大科技項目，是中國國內第一臺全部采用國產處理器構建的世界第一的超級計算機。該超算從2016年6月起四次雄踞“全球超級計算機500強”榜首，2016年至2018年，連續三年6個項目入圍被譽為“超級計算應用領域諾貝爾獎”的“戈登·貝爾獎”，其中2016年“全球大氣非靜力云分辨模擬”項目獲獎，2017年“非線性地震模擬”項目獲獎。

“神威·太湖之光"于2012年7月開始進行項目調研論證，2013年4月項目審批申請，2014年3月中國科技部立項，同年8月機房改造立項，2015年7月機房施工結束，12月31日主機研制完成，“超算中心”同時成立。從2016年6月榮登“全球超級計算機500強”榜首之后，“神威·太湖之光"還多次蟬聯該榜榜首。2020年7月，中國科大在“神威·太湖之光”上首次實現千萬核心并行第一性原理計算模擬，并且基于該超算的相關應用項目獲得高性能計算應用領域最高獎“戈登貝爾獎”（2017年和2021年）及兩項提名獎（2017年）。

截止2023年4月25日，依托“神威·太湖之光”，無錫超算中心牽頭推行國家“十三五”科技研發計劃項目4項，參與20項國家重點研發計劃項目或課題，完成20多個應用領域、200多項百萬核心大型問題的求解任務。除了在地震模擬、氣象氣候、先進制造，“神威·太湖之光”也幫助無錫超算中心在大規模計算、生物醫藥、分子動力學等方面取得一系列科研成果。

發展歷程

立項及研制

中國從基于自主可控超級計算機系統的軟件與應用、服務于國家特殊需要和高新技術產業發展考慮，重新布局了超級計算機的研制工作?！笆濉眹抑攸c研發計劃設立了“高性能計算”重點專項，在高性能計算機研制、系統軟件及應用等方面給予布局支持。其中，研制“神威·太湖之光”就是中國重點組織開展的一項重大科研任務。

“神威·太湖之光”于2012年7月開始進行項目調研論證，江蘇省人民政府于次年4月22日正式提出在無錫市建設10億億次超級計算中心，得到科技部的支持。2014年3月5日，中國科技部同意“高效能計算機及應用服務環境（二期）”重大項目立項，同年8月機房改造立項。2015年7月機房施工結束，2015年12月31日，“神威·太湖之光”超級計算機研制完成。

從時間上看，“神威·太湖之光”立項到研制成功，僅僅用了兩年多的時間，速度驚人。對此，超算中心應用支持主管劉釗介紹，“神威·太湖之光”的研制時間雖短，但之前經過了很長時間的技術預研?！八捎玫氖菄摇烁呋攸c科技專項支持的全國產‘申威’CPU?！晖盗械募夹g路線比較明晰而穩定，而且采用上一代‘申威’CPU的‘神威藍光’超算為‘太湖之光’的發展做了很好的鋪墊和嘗試。沒有它，‘太湖之光’也就不會那么快研制出來?！奔钪袊铀傺芯孔灾骺煽爻愕脑蜻€有美國針對中國的“芯片禁運”。

2015年2月18日，美國商務部發布在聯邦政府網站的一份公告中，把與超級計算機相關的4家中國機構列入限制出口黑名單，分別是中國國防科學技術大學、國家超算長沙中心、國家超算天津中心和國家超算廣州中心。這一名單原本并未引發過多關注，直到4月7日，英特爾向美國政府提出了將數萬芯片出口給中國的國家超級計算廣州中心的許可申請，但遭到拒絕。此次事件也影響了“天河二號”的升級計劃，也在一定程度上促成了“神威·太湖之光”搭載中國生產的“申威SW26010”處理器。

奪魁與衛冕

“神威·太湖之光”研制完成232天后（2016年6月19日），在德國法蘭克福國際超算大會（ISC）公布的新一期全球超級計算機TOP 500榜單上，由中國國家并行計算機工程技術研究中心研制、安裝在國家超級計算無錫中心的“神威·太湖之光”取代此前已“六連冠”的國產系統“天河二號”，登上榜首。TOP 500榜單是對全球已安裝的超級計算機“排座次”的權威排行榜。從1993年起，由TOP 500國際組織以實測計算速度為基準每半年發布一次。在2016年6月19日公布的最新榜單上，中國超級計算機上榜總數為167臺，超過美國的165臺，首次成為上榜數量最多的國家。

德國法蘭克福國際超算大會（ISC）公布的數據顯示，“神威·太湖之光”一舉斬獲三項世界第一：系統的峰值性能125.436PFlops，持續性能93.015PFlops，性能功耗比6051MFlops/W，即峰值速度達到每秒12.54億億次，持續計算速度每秒9.3億億次，性能功耗比為每瓦60.51億次。對于“12.5億億次”是什么概念，時任中國國家超級計算無錫中心主任楊廣文這樣解釋道：“假設我們有一個十萬人的足球場，里面有十萬個人，每人有一個筆記本，它的計算能力相當于一百個這樣的足球場的這么多人進行計算?！?/p>

2016年11月16日，“神威·太湖之光”又以每秒9.3億億次的浮點運算速度，蟬聯全球超級計算機500強榜單的榜首。[20]而國際超算大會在2017年6月和11月更新的兩次TOP500榜單中，“神威·太湖之光”再次衛冕，并且與“天河二號”連續第四次斬獲冠亞軍，且中國超級計算機上榜總數又一次反超美國，奪得第一。

自2016年6月20日發布以來，多個應用團隊項目通過使用“神威·太湖之光”獲得突破，截至2016年11月已經取得100多項應用成果。事實上，“神威·太湖之光”堪稱“勞模”，2016年11月的媒體報道中提及，“神威·太湖之光”的“作息時間表”顯示其工作時間超過六成，“睡眠”時間僅占兩成，而且它還非?！敖】怠保收下蕛H為0.6％。統計數據顯示，截至2016年11月已經有100多家科研單位、100多個大型應用在“神威·太湖之光”系統上運行，涉及氣候氣象、海洋、航空航天、生物、材料、高能物理、藥物、生命科學等19個應用領域。

應用成果

“神威·太湖之光”主要服務中國國家重大科技項目，如中國大飛機C919精細數值模擬、天宮一號隕落路徑預測計算等課題等，同時也十分重視服務產業創新。例如，超算中心和遠景能源有限公司合作開展“格林威治智慧風場”項目，超算中心基于自身超強的運算能力、專業的技術人員等為遠景能源提供包括風資源預測、風場精細選址、風機建造等在內的一整套生命周期服務。2016年10月，超算中心僅用12天的時間就完成了2014-2015年間全國的風資源數據測算，比原本的45天提速近4倍，并將數據誤差控制到0.5％。

2016年-2018年，連續三年6個項目入圍被譽為“超級計算應用領域諾貝爾獎”的“戈登貝爾獎”，其中2016年“全球大氣非靜力云分辨模擬”項目獲獎，2017年“非線性地震模擬”項目獲獎。成為中國超算應用的實力“背書”。前者可全面提高應對極端氣候事件和自然災害的減災防災能力；后者可為防震救災以及地震高發區城市建筑規劃設計提供科學依據。此后，“神威·太湖之光”也幫助科研人員在量子計算、航空航天、分子動力學模擬等應用中取得了各種科研成果。

應用領域

氣象氣候

基于“神威·太湖之光”超級計算機，科研人員設計并開發了一種用于大氣動力學中經常出現的強時間依賴問題的高可擴展性全隱式求解器。該求解器使用異構多重網格局部分解算法，顯著地加快了求解器的收斂過程，并利用了粗粒度并行。此外，設計了在物理上的多塊異步不完全LU 分解方法來解決每個重看子域上的子問題，從而進一步取得粗粒度并發。同時，在不同硬件層級上實現了系統層面上的優化，充分利用了異構計算單元，從本質上減少了數據移動的開銷。在“神威·太湖之光”的幫助下，求解器實現了快速且準確的大氣模擬，分辨率達公里級，整機持續計算性能為7.95PFlopS。

地震模擬

“神威·太湖之光”利用其強大的計算能力了，幫助科研人員成功設計實現了高可擴展性的非線性地震模擬工具，該工具充分發揮國產處理器在存儲、計算、通信資源等方面的優勢。研究團隊選取了唐山地震震源附近達320公里X 312公里X40公里的空間區域以0.001秒為時間單位，精確模擬了該區域在地震發生后 150秒內的地質變化，分辨率可達到8米，頻率可達到 18 赫茲。分辨率越高、頻率越高，對地震模擬刻畫越精確，能模擬地震的震級越大，而頻率越高，則對高頻信息的刻畫越準確。這也是國際上首次實現如此大規模下的高分辨率、高頻率的非線性塑性地震模擬。該工具首次實現了對唐山大地(M7.2，1976)發生過程的高分辨率精確模擬，使得科學家可以更好的理解唐山地震所造成的影響，并對未來的地震災害救援演習、預防預測等研究具有重要的借鑒意義。

量子計算

研究團隊基于“神威·太湖之光”，研發了量子計算模擬器 SWQSIM，提出近似最優的張量網絡并行切分和收縮方法及混合精度算法，可高效擴展至數千萬核并行規模，并提供每秒 4.4 百億億次的持續計算性能，與“懸鈴木”200 秒完成 0.2% 保真度的百萬采樣任務相比較，“頂點”需要一萬年完成同等復雜度的模擬，SWQSIM 則可在 304 秒以內得到百萬更高保真度的關聯樣本，在一星期內得到同樣數量的無關聯樣本，打破其所宣稱的“量子霸權”。

航空航天

中國在整體設計上擁有完全自主知識產權的大飛機C919首飛成功，也離不開“神威?太湖之光”的助力。相關研究機構與國家超算無錫中心合作，開展了C919多種飛行狀態的模擬，完成了C919大型客機相關特性的精細數值模擬，計算網格規模由千萬網格提升到兩億網格，計算時間縮短到10小時以內，大大減少了風洞試驗次數，降低了設計成本。

其他應用

截至2022年12月，依托“神威·太湖之光”，中國無錫超算中心在服務中國國家重大專項、重大需求方面成績卓越：牽頭推行中國“十三五”科技研發計劃項目4項，參與20項中國國家重點研發計劃項目或課題，承擔中國江蘇省、無錫市及高校、企事業單位的橫向項目120余項，除了在地震模擬、氣象氣候、先進制造，“神威·太湖之光”也幫助無錫超算中心在大規模計算、生物醫藥、分子動力學等方面取得一系列科研成果。應用方面，中國無錫超算中心已完成20多個應用領域、200多項百萬核心大型問題的求解任務，有效支持了科學研究與產業創新。

研發意義

高性能超級計算機是全球發達國家競爭的關鍵，對國家安全和經濟社會發展至關重要。因此，加快中國超級計算機的發展和應用對科技創新和高質量經濟社會發展有重大意義。過去40年，中國超級計算機從無到有，從跟跑到局部領先，并實現了關鍵核心技術的自主可控，成功突破技術封鎖。隨著“神威·太湖之光”超級計算機和“申威26010”處理器等標志性成果的出現，打破了長期以來國產超級計算機平臺無“芯”可用的局面，奠定了安全、自主、可控的國產平臺技術基礎。然而，我們也要看到，中國超算系統解決問題的能力仍然有待提高，相關聯的商業軟件仍被國外壟斷，在軟件研制、應用開發和人才培養等方面仍然有許多工作要做。

世界排名及獲獎記錄

2016年6月20日，在德國法蘭克福ISC2016國際超級計算大會中，峰值計算速度、持續計算速度、性能功耗比這三項關鍵指標均排名第一。

2016年11月14日，新一期全球超級計算機500強榜單14日公布，所有核心部件全部由中國自主制造的“神威·太湖之光”蟬聯冠軍。

2017年6月19日，在ISC2017國際高性能計算大會上，中國國產“神威·太湖之光”超級計算機以每秒12.5億億次的峰值和9.3億億次的持續計算能力，再次獲得世界超級計算機TOP500第一名，實現了首次三連冠。

2017年11月13日，新一期全球超級計算機500強榜單發布，中國超級計算機“神威·太湖之光”和“天河二號”連續第四次分列冠亞軍，且中國超級計算機上榜總數又一次反超美國，奪得第一。此次中國“神威·太湖之光”和“天河二號”再次領跑，其浮點運算速度分別為每秒9.3億億次和每秒3.39億億次。

2017年11月17日，在美國丹佛舉行的全球超級計算大會（SC2017）上，2017年國際高性能計算應用領域最高獎“戈登·貝爾”獎（ACM Gordon Bell Prize）提名中，基于“神威·太湖之光”的應用成果又有兩項入圍。最終，“非線性地震模擬”獲得“戈登·貝爾”獎。

2018年6月25日，在德國法蘭克福召開的全球超算大會（ISC2018）上，“超級計算機500強”（TOP500）最新榜單正式發布?！吧裢ぬ狻蔽痪拥诙状伪幻绹売嬎銠C頂點（Summit）超越。

2018年11月，第52期的全球超級計算機TOP榜單出爐，中國超級計算機“神威·大湖之光”位居第三，美國能源部DOE的頂點（Summit）繼續高居榜首，第二名是美國的Sierra。

2019年全球超算500強榜單公布，“神威·大湖之光”依舊位居第三，較2018年11月排行無變化。

2020年及2021年全球超算500強榜單公布，“神威·大湖之光”位居第四，一至三名分別為來自日本的Fugaku(富岳)、美國的頂點（Summit）和Sierra。

2021年11月19日，在全球超級計算大會(SC21)上，國家超級計算無錫中心、之江實驗室、清華大學、上海量子科學研究中心等單位基于新一代“神威·太湖之光"超級計算機，聯合研發的神威量子模擬器Q (SWQSIM)摘得2021年度ACM“戈登·貝爾"獎。

2023年6月全球超級計算機 500 強公布，開發并安裝在位于中國江蘇省無錫市的國家超級計算中心的神威太湖之光以 93 Pflop/s位列第七。

硬件組成

“神威·太湖之光”超級計算機是由中國國家并行計算機工程技術研究中心研制、安裝在中國國家超級計算無錫中心的超級計算機，占地面積605平方米。這臺超級計算機由40個運算機柜和8個網絡機柜組成。每個運算機柜比家用的雙門冰箱略大，打開柜門，4組由32塊運算插件組成的超節點分布其中。工作人員介紹，每個插件由4個運算節點板組成，一個運算節點板又含2塊“申威26010”高性能處理器。一臺機柜就有1024塊處理器，整臺“神威·太湖之光”共有40960塊處理器。

申威26010是中國自主設計生產的芯片，中國國家超級計算無錫中心主任楊廣文介紹道：“這是一款具有獨特性的處理器，它采用了片上融合的異構眾核體系結構，以及具有自主知識產權的指令集和完整的配套軟件生態系統。這種獨特的體系結構在25平方厘米的方寸之間集成了260個運算核心、數十億晶體管，達到了每秒3萬億次計算能力?！贝送猓晖?6010的架構體系是Alpha 64位RSIC，亂序執行，運行頻率為1.45GHz，260個核心，整個處理器包括4個MPE（Management Processing Element）管理單元、4個CPE（Computing Processing Element）計算單元及4個MC內存控制器單元組成，其中CPE單元又由8x8陣列的64核心組成，所以總計是260個核心。這樣1個處理器就是1個節點，每個節點搭配8GB DDR3內存，256個節點組成1個超級節點，160個超級節點互聯連接，因此總計是40960個節點，10649600個核心，內存容量1.3PB。

值得一提的是，從世界領先的高效水冷技術到軟硬件協同、智能化的功耗控制方法，“神威·太湖之光”實現了層次化、全方位的綠色節能，功耗比達到每瓦特60.51億次運算，是當時（2016年）世界上最綠色節能的超級計算機之一。

操作系統

“神威·太湖之光”超級計算機除了強悍的硬件配置以外，神威超級計算機還搭載了經過十多年開發的國產系統神威睿思。該系統具有高度自主可控和強大的安全性能優勢。通過對Linux內核進行全面剖析和特殊改造，并結合神威處理器自主指令系統特點和國產處理器新增的安全特性，大大提升了硬件和軟件的安全性。該系統主要應用于高性能計算和網絡安全領域，包括超級計算機、集群計算機系統、通用操作系統以及網絡安全防護、主機安全防護、數據安全防護和安全管理等定制操作系統。此外，神威睿思操作系統主要應用于高性能計算與安全兩個領域。產品含括超級計算機和各種集群計算機系統；桌面、服務器類通用操作系統，以及網絡安全防護、主機安全防護、數據安全防護、安全管理等網絡安全類的定制操作系統。

參考資料 >

神威· 太湖之光、神威· 藍光超級計算機.中國科普網.2023-08-03

計算機系師生在高性能計算領域頂級會議PPoPP’22上發表論文.清華大學計算機科學與技術系.2023-11-15

清華運營的“ 神威·太湖之光” 榮膺世界超算冠軍.清華大學.2023-11-13

中國力量︱神威·太湖之光:青春華彩寫就中國超算世界第一.澎湃新聞.2023-11-18

大國重器上的無錫印記——“神威·太湖之光”!.百家號.2023-11-18

無錫“神威”，算出未來.手機鳳凰網.2023-11-18

識典百科.神威·太湖之光”：頂天立地，邁向“更大宇宙”.2023-11-18

國家超級計算無錫中心.國家超級計算無錫中心.2023-11-18

超級計算機:從零起步贏得速度、應用“雙優勢”.光明網.2023-11-15

美國亂造借口禁芯片入華國產芯片迎來重大機遇.中國新聞網.2023-11-18

「改革開放40年」中國芯，顯神威！全國產化“神威·太湖之光”書寫自主創新傳奇.百家號.2023-11-18