本文節選自雷鋒網(wǎng)，原文《相比龍芯，申威的“芯”路歷程為什么平坦很多？》，作者：鐵流 ，文章轉載已獲授權。
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      相對于從誕生之初就處于輿論風(fēng)口浪尖的龍芯，國內另一款走全自主道路的芯片——申威，相比之下就低調得多。無(wú)論是傳統紙媒還是網(wǎng)絡(luò )媒體，申威的曝光率比起龍芯、海思、展訊等國產(chǎn)芯片都要低得多，而且相比于嘲諷天賦技能被點(diǎn)滿(mǎn)的龍芯，申威極少成為網(wǎng)媒和充滿(mǎn)虐氣的網(wǎng)民的攻擊對象。申威的軍方背景更是給它帶一縷神秘的色彩。下面，讓我們一起走進(jìn)申威，解密申威的“芯”路歷程。

      

1、申威的誕生
      上世紀60-70年代末，中國在高性能計算機領(lǐng)域也曾有過(guò)自己的輝煌——哈軍工曾經(jīng)制造出具有分時(shí)操作系統和匯編語(yǔ)言、FORTRAN語(yǔ)言及標準程序庫的441B系列計算機。北京大學(xué)、北京有線(xiàn)電廠(chǎng)等單位聯(lián)合研制150計算機。清華大學(xué)、北京無(wú)線(xiàn)電三廠(chǎng)研制生產(chǎn)了130、131、132、135、140、152、153系列計算機近千臺。國防科大成功研制出151計算機，華東計算技術(shù)研究所成功研制1001中型集成電路計算機和HDS-9計算機，其中HDS-9計算機每秒運算達500萬(wàn)次，更為難能可貴的是，這些計算機的軟件和硬件是中國人自己編譯和制造的。

      但在80年代因迷信“造不如買(mǎi)、買(mǎi)不如租”、“市場(chǎng)換技術(shù)”等理論，放棄了自主芯片的研發(fā)轉而大量外購國外芯片。從80年代的銀河1超算開(kāi)始，到90年代的銀河2、銀河3，曙光系列超級計算機都沒(méi)有中國“芯”，在技術(shù)上始終受制于人。即使是在幾年前的天河2號上，也只有4096片飛騰1500作為計算節點(diǎn)前端處理器，而飛騰1500是在SUN的UltraSPARC T2基礎上做的改進(jìn)版本。

      

2、申威的發(fā)展方向
      申威由無(wú)錫江南計算技術(shù)研究所設計。主要研究方向有計算機系統結構、并行/分布處理與智能計算機系統、計算機軟件、人工智能與智能控制、計算機與通信、計算機信息處理與應用。八十年代以來(lái)，在計算機、通信及機電一體化等領(lǐng)域共榮獲國家、軍隊科學(xué)技術(shù)成果獎300多項，其中國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步特等獎3項，軍隊科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎35項。

      

3、申威的指令集和技術(shù)淵源
      申威屬于A(yíng)lpha陣營(yíng)，指令集也是基于A(yíng)lpha進(jìn)行擴展。
      申威的技術(shù)來(lái)源是于DEC的Alpha 21164。DEC的技術(shù)實(shí)力很強，Alpha性能更是驚艷，AMD就曾經(jīng)購買(mǎi)了Alpha 21264的技術(shù)資料，挖走了部分DEC的技術(shù)人員后，開(kāi)發(fā)出自己的K7微結構。

      DEC是技術(shù)實(shí)力比人強，但商業(yè)模式不如人而失敗的典型例子，Alpha也被幾經(jīng)轉手，先被康柏收購，后被惠普雪藏。目前Alpha已經(jīng)被束之高閣，指令集和微結構都已經(jīng)不再更新，技術(shù)專(zhuān)利大多已過(guò)期或快過(guò)期了。申威是目前Alpha陣營(yíng)中僅存的碩果，擁有自主擴展指令和發(fā)展路線(xiàn)的自主權。

      至于購買(mǎi)國外指令集，并以此為基礎擴展指令，發(fā)展出自己的指令集是否是自主可控等問(wèn)題，請參見(jiàn)本人撰寫(xiě)的另一篇文章《15年了，龍芯拿什么與國外芯片巨頭對抗》。

      
4、自主可控體系構建
      申威和龍芯作為國內碩果僅存的兩個(gè)走自主可控路線(xiàn)的IC設計單位，和龍芯一樣在積極構建自己的軟硬件體系以保障從軟件和硬件兩個(gè)方面實(shí)現安全可控。

      申威開(kāi)發(fā)了自己的神威睿智編譯器，研發(fā)了基于Linux的神威睿思操作系統......申威構建自主技術(shù)體系的道路可謂一片坦途——于2012年9月投入使用的神威藍光超算使用了8704片申威1600，搭載神威睿思操作系統，實(shí)現了軟件和硬件全部國產(chǎn)化。

5、申威歷程
      江南所以Alpha指令集為基礎，擴展出自己的指令集，并在2006年設計出具有自主微結構的申威1，申威1是一款130nm制程工藝的單核心CPU，主頻900MHz，集成5700萬(wàn)晶體管。2008年完成的申威2，是一款130nm制程工藝的雙核CPU，主頻1.4GHz。

      如果說(shuō)申威1和申威2更像是江南所磨礪技藝的作品，是對Alpha21164技術(shù)的消化吸收，那么2010年研發(fā)的申威1600則是江南所將國外技術(shù)融會(huì )貫通后，推陳出新的產(chǎn)品。申威1600是一款65nm制程工藝的16核CPU，主頻1.1G，雙精浮點(diǎn)140G。申威1600被用于神威藍光超算。

     也許是因Alpha當年強悍的性能，本人對源自Alpha的申威抱有很高的期望。但根據國家高性能集成電路設計中心公布的論文顯示，申威1600的SPEC2000測試分數只能說(shuō)是差強人意，唯有性能功耗比和 LINPACK測試聊以自慰。

      平心而論，雖然申威1600處理器的單核性能有限，但16核的可擴展性很好，實(shí)現了比較理想的多核性能加速比。

申威1600性能參數如下圖所示：
      

     2012年，無(wú)錫江南計算技術(shù)研究所研制出申威1610和申威410，申威1610為40nm制程的16核CPU，集成10億晶體管，主頻1.6G，最大功耗50W，雙精浮點(diǎn)運算00G。申威410為40nm制程的4核CPU，集成2.7億晶體管，主頻1.6G。前者用于服務(wù)器，后者用于PC，支持中標麒麟操作系統......

      2014年底，申威5成功流片。根據一篇由坐落于無(wú)錫的數字工程與先進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室和坐落于北京的國家并行計算機工程技術(shù)研究中心聯(lián)合發(fā)布的論文，申威5很有可能是一款集成了4個(gè)管理核心和256個(gè)運算核心的高性能眾核CPU，雙精浮點(diǎn)運算超過(guò)1T，核內 linpack效率93%，并有很高的性能功耗比。

      

6、神威藍光超算

     

      神威藍光超算總投資6億元，于2012年9月投入使用。神威藍光超級計算機使用了8704片申威1600，搭載神威睿思操作系統，實(shí)現了軟件和硬件全部國產(chǎn)化。神威藍光超算峰值計算性能1PFlops（一千萬(wàn)億次每秒），持續性能為0.796PFlops，性能功耗比超過(guò)741MFlops/W(百萬(wàn)次浮點(diǎn)運算/秒?瓦)，LINPACK效率為74%。

神威藍光超算有以下特點(diǎn)：
      一是全部使用申威1600芯片，搭載神威睿思操作系統，實(shí)現軟件和硬件全部國產(chǎn)化；
      二是穩定性較好，測試Linpack 全過(guò)程9個(gè)多小時(shí)無(wú)故障；
      三是液冷系統高效可靠，冷卻劑在冷板內部的封閉水循環(huán)帶走主板熱量，環(huán)保且無(wú)噪音；
      四是高密度封裝，一個(gè)機倉可裝入1024個(gè)CPU；
      五是整機功耗低，性能功耗比高。神威藍光超算性能功耗比超過(guò)741MFlops/W，整機功耗1W；天河1號超算性能功耗比431.7 MFlops/ W，整機功耗4W。

      六是整機效率高。神威藍光超算LINPACK在不同規模下的效率：?jiǎn)翁幚砥骱?0.28%，單CPU 75.20%，單機艙75.07%，整機74.37%。神威藍光超算整機效率與曾經(jīng)是美國最快的計算機美洲虎超級計算機效率相當。

      

      據統計，“國家超級計算濟南中心”有注冊用戶(hù)超過(guò)100個(gè)，移植優(yōu)化60多道重點(diǎn)應用課題，其中能夠達到上萬(wàn)核并行規模的應用課題達16個(gè)，有應用成果的課題超過(guò)15個(gè)，系統利用率已超過(guò)60%。目前主要面向氣象氣候、海洋環(huán)境、生物醫藥、信息安全、航 空航天、材料物理、金融分析、工業(yè)設計、石油物探等應用領(lǐng)域。

新一代神威超算
      無(wú)錫市人民政府于2013年就成立了以市長(cháng)為組長(cháng)，副市長(cháng)為副組長(cháng)的國家超級計算無(wú)錫中心建設領(lǐng)導小組，積極籌備新一代神威超算建設。

      2015年4月，官方成立了無(wú)錫恒鼎超級計算中心有限公司作為國家超級計算（無(wú)錫）中心的建設和運營(yíng)主體，無(wú)錫江南計算技術(shù)研究所成立了項目指揮組及總師組負責解決超算建設過(guò)程中的技術(shù)問(wèn)題。

      目前，新一代神威超算主機系統軟件正在調試中，整機系統設計計劃于2015年年底公布。新超算總投資18億元，計劃在 2017-2018年建成，運算能力將達到100PFlops，計算性能有望沖擊世界第一。

神威MPP機
      神威MPP機是國家并行計算機工程技術(shù)研究中心研制的面向千萬(wàn)億級以上規模的高性能計算機，能通過(guò)虛擬化技術(shù)、網(wǎng)格計算技術(shù)和云存儲技術(shù)在服務(wù)層虛擬出多種計算和存儲服務(wù)形態(tài)。

     神威MPP機硬件系統由高速運算系統、互連網(wǎng)絡(luò )系統、海量存儲系統、維護監控系統、電源系統、冷卻系統和結構組裝設計等部分組成。軟件系統主要包括“神威睿思”操作系統、“神威睿智”編譯器、基礎庫等。

      

      系統投入使用以來(lái)，已經(jīng)成功移植了包括氣候氣象、海洋科學(xué)、新藥研制、生物信息、航空航天、工業(yè)設計、金融分析等重點(diǎn)應用領(lǐng)域的近二十道萬(wàn)核以上并行規模的實(shí)際應用課題，取得若干重大應用成果。

   6神威Cluster是在匯集神威MPP機的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)基礎上，專(zhuān)門(mén)為科學(xué)和工程計算領(lǐng)域設計開(kāi)發(fā)的高性能計算平臺。在氣候氣象、海洋環(huán)境、數值、風(fēng)洞、碰撞仿真、蛋白質(zhì)折疊、基因研究、新藥研發(fā)、分子動(dòng)力學(xué)模擬、量子化學(xué)計算、材料科學(xué)、芯片設計、動(dòng)漫設計、工業(yè)設計等方面用途廣泛。

神威Cluster系統的通用結構如下圖：

      

7、安全可信PC
      神威安全可信PC是搭載申威410，針對有較高安全需求的黨政軍單位，元器件實(shí)現100%國產(chǎn)化。內嵌的國產(chǎn)外圍套片，集成了符合國家標準的可信密碼模塊，實(shí)現系統內嵌式可信引導和軟件系統的可信度量，保證系統的安全可信。

    ......

安全架構如圖所示：

      


8、神威云
      神威云是國家并行計算機工程技術(shù)研究中心研發(fā)的云產(chǎn)品，能夠提供豐富的云產(chǎn)品套件、開(kāi)放的API接口、全面的資源管理平臺和運維監視平臺，具有強大的虛擬資源池管理能力。神威云平臺采用商用服務(wù)器、高速網(wǎng)絡(luò )、高性能存儲設備，結合神威云平臺系列軟件搭建。具有功能強大、性能穩定、安全可靠、簡(jiǎn)單好用的特點(diǎn)。

      

9、小結
      雖然申威和龍芯一樣是走獨立自主路線(xiàn)，但申威的道路要比龍芯平坦得多：
      首先，國家對龍芯的投入非常有限，而且龍芯自2010年市場(chǎng)化運營(yíng)后完全自主經(jīng)營(yíng)，自負盈虧。申威是軍方項目，不僅不用面對IC設計公司最頭痛的技術(shù)人才流失問(wèn)題，還能在人力物力財力可以得到軍方充足保障。

      其次，申威有自己的指令集、微結構、CPU、編譯器、操作系統就足以在超算領(lǐng)域立足......

      最后，申威是軍方項目，而神威超算更是國家級工程，申威的軟件和硬件產(chǎn)品完全可以在體制內完成內部循環(huán)......

      申威自2003年誕生以來(lái)，基于A(yíng)lpha自主擴展了指令集，共設計了申威1、申威2、申威1600、申威1610、申威5五款芯片，自主研發(fā)了神威睿智編譯器和神威睿思操作系統，推出了搭載申威芯片的PC、服務(wù)器、高性能計算機、超算、防火墻、機架式存儲服務(wù)器、大規模集群存儲系統、瘦客戶(hù)端、QDR HCA卡、神威云等產(chǎn)品，為國家信息安全和超算建設竭盡所能，圓滿(mǎn)完成了國家交付的任務(wù)。

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