美国禁售芯片，中国超级计算机还有戏吗？

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　　文/maomaobear

　　最近，连续四次蝉联超级计算机世界第一的“天河二号”遇到了麻烦，4月9日，美国商务部发布报告，决定拒绝英特尔公司向中国的国家超级计算广州中心出售至强芯片用于天河二号系统升级的申请。国家超级计算长沙中心、广州中心、天津中心和国防科技大学四家国家超算中心被列入出口管制名单。

　　美国方面给出的解释是这4家中国超算中心从事“违反”美国国家安全或外交政策利益的活动。而据《华尔街日报》报道，美国商务部曾于今年2月18日发布一份通知称，使用了两款英特尔微处理器芯片的天河二号和早先的天河1号A系统，“据信被用于核爆炸模拟”。

　　美国暂时不卖芯片了，中国的超级计算机还有戏吗？这得从头说起。

　　一、超级计算机的由来

　　其实，计算机最早就是从超级计算机开始的，无论是第一台机械计算机(英国巴贝奇爵士设计，未最终完成)，还是第一台电子计算机Eniac，都是做科学计算和军事用途用的。

　　计算机性能的扩展有两条道路，一条的不断改进制造工艺，提升芯片设计水平，把单个芯片设计的很强悍，提升性能。还有一条道路是尽可能用比较多的机器并行，用多机机器一起运算来提升性能。

　　早期，超级计算机都是昂贵的高级货，处理器是专门设计的，芯片组是配套的，甚至每根连接线都是定制的，成本极高。

　　而随着PC和网络的发展，人们发现追求强大的计算能力可以不那么昂贵。于是，人们开始尝试用大批量生产的PC或者工作站来攒超级计算机。

　　若干台PC或者工作站通过网络连接起来，把任务分给这些机器并行，然后返回，计算能力丝毫不弱于昂贵的专用超级计算机，于是传统的超级计算机开始没落。

　　这个时代出现了很多平民化的超级计算机，譬如用浩鑫HTPC准系统凑起来的超级计算机，把一个学校的MAC电脑凑起来的超级计算机等等，这些看似玩具的东西居然一度占据了TOP500超级计算机排行榜，甚至谷歌自己用的服务器也是用这种办法攒出来的。

　　而在这个过程中，人们发现，限制超级计算机能力居然是功耗，人们不能堆积太多的数量是因为功率和发热限制，性能功耗比甚至比性能本身更重要。

　　于是，IBM开发出蓝色基因，不追求单个核心的高性能，而是降低功耗，攒更多的数量来提升性能。但是因为单独开发这种处理器在批量和成本上无法与通用的PC处理器相比，并没有流行开。

　　二、从CPU到协处理器

　　索尼为了提升PS3游戏机的性能，联合IBM搞了Cell处理器，这是异构计算的开始。因为在计算任务中，有些任务是简单的，不需要复杂的逻辑处理，只需要足够的计算单元暴力计算，这样处理器就可以设计成两部分，一个简单的运算核心，几个强大的简单计算单元，这就是Cell的思路。

　　因为这种计算编程难度太高，所以Cell用在游戏机上并不成功，但是这个思路可以拿到电脑上，这就是我们熟悉GPU通用计算。

　　因为3D的需求，显卡有强大的计算能力，这种能力只用于3D游戏浪费了，于是在Cell之后就有了GPU的通用计算，CPU处理复杂任务，GPU处理暴力计算，nVIDIA甚至搞出来CUDA专门解决这个问题，而且在GPU的设计上就为通用计算做了优化。

　　单台计算机异构化，获得强大的计算能力，那么就可以把这些单台计算机联网，组成计算能力强大的异构超级计算机。

　　于是中国在2009年搞出来天河一号超级计算机，就是CPU和GPU异构组成的超级计算机，一度排名世界第一。百度搞人工智能的计算机也是这种异构的超级计算机。

　　如果以后超级计算机全部异构化，那么CPU提供的计算能力只占一小部分，这无疑代表了nVIDIA和AMD要抢Intel的饭碗，Intel当然不能坐以待毙。

　　于是Intel开始自己做异构用的芯片，这就是Larrabee计划，其实GPU本来就是一个个小的计算核心，然后组合起来。而Intel手里是有小核心的，这就是当年的奔腾一代处理器核心P54C。

　　Intel把这款20年的老核心集成起来做成众核，做成协处理器，可以做3D显卡，也可以做超级计算机的协处理器。这个项目初期失败了。但是，Intel在这个基础上发展出来了“众核架构”(MIC)的Xeon Phi协处理器。并且获得了天河2号(目前世界第一超级计算机)的选用。

　　而协处理器的能力取决于单个小核心的计算能力，P54C这个20年前的核心弱爆了。而Silvermont作为Intel反击移动市场的利器，性能功耗比非常出色，于是，Intel把这个小核心攒起来做成众核的Xeon Phi，这就是Knights Landing，也就是目前被禁售的处理器。

　　三、美国禁售会有影响吗？

　　从技术上看，Xeon Phi相比nVIDIA和AMD的产品，优势在于支持X86指令集，编程和编译都比较方便，易用性更好。如果美国真的严格执行禁售，那么中国可以采购nVIDIA和AMD的产品，实际上天河一号就是用的AMD的显卡作为协处理器。

　　而从这次禁售的范围看，国家超级计算长沙中心、广州中心、天津中心和国防科技大学四家国家超算中心被列入出口管制名单，这几个都与军方有一定关系。国家深圳超算中心，国家济南超算中心，上海超算中心都没有在管制名单以内，中国购买Xeon Phi并没有障碍。

　　而且Xeon Phi作为Intel上货架的产品，即使对中国全面禁售，世界这么大，中国通过转口贸易进口也毫无问题。

　　所以，这次禁售更像是一次政治秀，起不到太大的作用。

　　四、中国自己有替代品吗？

　　这次禁售更像政治秀，而即使美国真的全面禁售，在超级计算机方面，中国也是留有后招的。

　　中国早在1999年就买到Compaq公司的Alpha处理器的授权。Alpha处理器一款技术成功，商业失败的处理器，其性能远超越同时代的X86处理器，但是商业上却失败，其研发人员后来去了Intel和AMD，AMD公司的K7所使用的EV6总线技术，Intel的超线程技术，都是Alpha处理器的遗产。

　　中国买下Alpha的授权以后，逐渐发展出来了神威系列。2012年9月16日安装在山东省的国家超级计算济南中心就是使用神威1600处理器。

　　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。

　　而在协处理器的发展上，Alpha在10多年前就预留了64核的众核架构，必要时候替代Xeon Phi也是完全可能的。

　　正如我们前面所说的，专用处理器专用架构价格高昂，使用困难。所以神威只是备用的后招，天河还是用Intel的处理器。

　　但是，一旦Intel真的买不到，中国自己也是有替代品的，神威性能足够，无非成本和便捷程度有差异罢了。

　　所以，此次美国禁售芯片更像是一次政治秀，对中国超级计算机的发展并没有实质性的影响，相反，它会给我们的决策部门提醒，让中国自己的处理器产业有更好的发展环境。禁售阻挡不了中国超级计算机进步的脚步。

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