神威E級(jí)超算原型機(jī)正式投入運(yùn)營(yíng),申威十五年自主可控之路

不久前，2018自主可控計(jì)算機(jī)大會(huì)在北京召開(kāi)。在本次大會(huì)上，一大批參會(huì)專家針對(duì)我國(guó)自主可控計(jì)算機(jī)及基礎(chǔ)軟硬件產(chǎn)品研發(fā)、行業(yè)應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)鏈整合等提出建議和對(duì)策。來(lái)自申威的胡向東老師也對(duì)申威自主可控實(shí)踐做了介紹。

8月5日，神威E級(jí)超算原型機(jī)正式投入運(yùn)營(yíng)。

經(jīng)過(guò)十多年的實(shí)踐，申威已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了三代十余款處理器，并建立了一支比較成熟、專業(yè)完備的CPU研發(fā)團(tuán)隊(duì)，掌握了完整的CPU研發(fā)能力。制約申威產(chǎn)業(yè)化的最大短板，并非CPU性能不行，而是缺乏軟件生態(tài)，很少有客戶愿意把申威芯片用起來(lái)。而要解決這個(gè)短板，則需要無(wú)數(shù)仁人志士去主動(dòng)使用申威芯片，并幫助申威完善軟件生態(tài)。

申威十五年自主可控之路

申威起步于21世紀(jì)初，從2003年至2006年，江南所致力于組建設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、驗(yàn)證團(tuán)隊(duì)、軟件研發(fā)團(tuán)隊(duì)、系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，并形成了一整套CPU軟硬件設(shè)計(jì)環(huán)境、設(shè)計(jì)驗(yàn)證方法學(xué)、物理設(shè)計(jì)方法學(xué)、設(shè)計(jì)流程與規(guī)范。經(jīng)過(guò)多次流片，在不斷“試錯(cuò)”中積累、提高，終于完成了申威第一代CPU核與申威1芯片的研發(fā)，完成了從“0”到“1”的艱難跨越，為后續(xù)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

從2008年至2011年，申威形成自主指令系統(tǒng)，增加SIMD擴(kuò)展指令集，實(shí)現(xiàn)256位SIMD加速計(jì)算。開(kāi)發(fā)出了第二代CPU核與申威1600等芯片的研發(fā)，申威1600成功應(yīng)用于神威藍(lán)光超算。

至2017年末，申威又研發(fā)了申威410、申位1610、申威411、申威26010、申威421、申威1621、申威221和申威111等一系列芯片，并被應(yīng)用于超算、服務(wù)器、PC，以及一些特殊裝備。

可以看出，十五年如一日的長(zhǎng)期堅(jiān)持和技術(shù)迭代演進(jìn)才是自主技術(shù)的正常發(fā)展規(guī)律。一些CPU短期就能做出來(lái)，而且性能不錯(cuò)、可靠性好、兼容性好，并宣稱自主研發(fā)、每一行代碼都自己寫(xiě)的，恐怕是違背技術(shù)發(fā)展規(guī)律的。

特別要指出的是，申威根據(jù)超級(jí)計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)，選擇在CPU架構(gòu)上做突破，將高性能計(jì)算機(jī)多層次并行結(jié)構(gòu)引入到CPU芯片內(nèi)部，芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)多層次并行：數(shù)據(jù)并行——指令并行——核心并行——核組并行。

通過(guò)SoC架構(gòu)+自主設(shè)計(jì)，解決260個(gè)核心構(gòu)成SoC芯片帶來(lái)的各種挑戰(zhàn)。申威26010單芯片集成數(shù)十億晶體管、接近工藝極限的Die面積，自主設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)同類(lèi)芯片的最高工作頻率，性能超過(guò)3TFlops，并實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)與應(yīng)用，使得“神威·太湖之光”連續(xù)四次在TOP500中排名第一。

誠(chéng)然，美國(guó)新超算“頂點(diǎn)”以實(shí)測(cè)峰值120+P的成績(jī)超越了實(shí)測(cè)成績(jī)90+P的申威。但新一代神威E級(jí)超算原型機(jī)在7月底正式組裝調(diào)試，根據(jù)國(guó)家超級(jí)計(jì)算濟(jì)南中心副主任介紹，預(yù)計(jì)在26日左右，（原型機(jī)）整個(gè)的安裝全部調(diào)試完畢，正式進(jìn)入試運(yùn)行狀態(tài)......（原型機(jī)）單個(gè)CPU的計(jì)算能力，是現(xiàn)有神威藍(lán)光超級(jí)計(jì)算機(jī)的三到四倍。

據(jù)業(yè)內(nèi)人士披露，這位副主任說(shuō)的單個(gè)CPU的計(jì)算能力，其實(shí)指的是一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，而一個(gè)節(jié)點(diǎn)有數(shù)個(gè)處理器組成。也就是說(shuō)，神威E級(jí)超算一個(gè)節(jié)點(diǎn)的算力有望達(dá)到9T至12T。

8月5日，神威E級(jí)超算原型機(jī)正式運(yùn)營(yíng)。

目前，申威已經(jīng)完成了三代十余款芯片的研發(fā)，建立了一支比較成熟、專業(yè)完備的CPU研發(fā)團(tuán)隊(duì)，掌握了完整的CPU研發(fā)能力，形成了完善的CPU研發(fā)體系，在超算領(lǐng)域基本實(shí)現(xiàn)了自主可控目標(biāo)，并取得了顯著的成就。

制約申威產(chǎn)業(yè)化最大的問(wèn)題，就是缺少軟件生態(tài)和商業(yè)化應(yīng)用。其實(shí)生態(tài)和應(yīng)用是一回事，只要用申威的應(yīng)用領(lǐng)域多了，客戶多了，用的量大了，軟件生態(tài)也就自然而然做起來(lái)了。在當(dāng)下，應(yīng)當(dāng)選擇一些對(duì)軟件生態(tài)要求不高的行業(yè)應(yīng)用作為突破口，不斷擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域，以農(nóng)村包圍城市的方式完成產(chǎn)業(yè)生態(tài)的搭建。

下面，鐵流介紹幾家主動(dòng)給申威做產(chǎn)業(yè)化的“勇士”。

網(wǎng)安設(shè)備和存儲(chǔ)主控可能是申威現(xiàn)階段的主要突破口

2016年，捷世智通在上海高性能集成電路設(shè)計(jì)中心和地方政府的支持下設(shè)立成都申威科技公司，作為申威處理器的市場(chǎng)化平臺(tái)，目前成都申威有50多人，其中三位為市場(chǎng)人員，其他為研發(fā)人員。

成都申威是一家從事申威處理器產(chǎn)業(yè)化推廣的企業(yè)，業(yè)務(wù)主要為申威處理器為核心的一系列解決方案，包括申威處理器、小型超級(jí)計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、PC、工控機(jī)，以及嵌入式板卡研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售和服務(wù)。

目前，成都申威共擁有SW411、SW421/421M/221、SW1621等5款型號(hào)的申威處理器，并擁有SW421/421M/221產(chǎn)品的部分知識(shí)產(chǎn)權(quán)。這里介紹下幾款CPU：

SW411、SW421、SW421M都是用于桌面的CPU，三款CPU其實(shí)可以算是同一代內(nèi)核，SW411采用40nm，SW421更換了更好的28nm工藝，SW421M則是SW421的增強(qiáng)版。

SW1621也屬于第三代申威CPU核，是一款16核服務(wù)器CPU，制造工藝為28nm，SPEC2006測(cè)試性能優(yōu)于16核ARM Coretx A57。

SW211還是第三代申威CPU核，主要面向高密度計(jì)算型嵌入式應(yīng)用需求。

根據(jù)媒體采訪，成都申威的目標(biāo)是“三年持平，五年實(shí)現(xiàn)盈利。”

由于服務(wù)器、PC對(duì)軟件生態(tài)的要求相對(duì)高一些，因而成都申威這類(lèi)直接賣(mài)芯片、板卡、服務(wù)器、PC的企業(yè)在產(chǎn)業(yè)會(huì)道路上艱辛一些。而很多對(duì)生態(tài)和性能要求不高的行業(yè)，反而比較適合申威去突破。

在斯諾登事件和中興事件之后，信息安全和產(chǎn)業(yè)安全問(wèn)題已經(jīng)不再是“迫害妄想癥”，而是一個(gè)非?，F(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。在這種大背景下，如果防火墻等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中使用國(guó)外芯片，就好比是花錢(qián)雇傭洋人保衛(wèi)祖國(guó)邊疆，這種做法是極其危險(xiǎn)的。

目前，國(guó)內(nèi)防火墻大多在軟件上基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，但在硬件采用自主CPU的廠商卻非常少，即便是華為這樣具備很強(qiáng)技術(shù)實(shí)力的企業(yè)，在自己的防火墻上依然采用美國(guó)英特爾公司的CPU。只有少數(shù)幾家公司基于申威和龍芯開(kāi)發(fā)真正自主可控的防火墻。其中，中科網(wǎng)威則是自主可控防火墻的佼佼者。

中科網(wǎng)威開(kāi)發(fā)出了基于申威處理器的萬(wàn)兆防火墻。神威萬(wàn)兆防火墻的CPU是申威1621，操作系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)全部是自己寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)了軟件和硬件全部自主研發(fā)。在實(shí)際測(cè)試中，神威萬(wàn)兆防火墻小包吞吐達(dá)63%，基本達(dá)到同檔次X86防火墻的水平，高于萬(wàn)兆防火墻國(guó)標(biāo)。整機(jī)吞吐性能已經(jīng)達(dá)到20-30G，而采用英特爾CPU的防火墻整機(jī)吞吐性能一般在20-40G，神威萬(wàn)兆防火墻可以替換同樣整機(jī)吞吐量且采用英特爾CPU的防火墻。

類(lèi)似的，存儲(chǔ)也是信息安全的重中之重。

目前，固態(tài)硬盤(pán)取代機(jī)械硬盤(pán)已經(jīng)是大勢(shì)所趨，想必正是看到了這個(gè)趨勢(shì)，西部數(shù)據(jù)不惜巨資收購(gòu)閃迪，進(jìn)而獲得了NAND FLASH和固態(tài)硬盤(pán)的入場(chǎng)券。而在硬盤(pán)中，都存在一個(gè)非常關(guān)鍵的器件，那就是主控芯片，主控芯片一旦出現(xiàn)問(wèn)題，硬盤(pán)中存儲(chǔ)的信息就毫無(wú)安全性可言。在2017年，慧榮就被爆出，主控存在安全隱患。網(wǎng)友還爆料銀監(jiān)會(huì)曾經(jīng)要求金融機(jī)構(gòu)核查是否使用了慧榮科技主控芯片。

雖然在商業(yè)市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)主控芯片，但這些固態(tài)硬盤(pán)主控芯片大多是基于國(guó)外CPU核二次開(kāi)發(fā)的，比如華為和慧榮（中國(guó)***）等一批商業(yè)公司就基于ARM等國(guó)外公司的IP開(kāi)發(fā)SSD主控。

更可怕的是，國(guó)內(nèi)一些在洋人地基上造房子的主控芯片，媒體紛紛冠以“自主主控”之名，非常具有欺騙性。更嚇人的是，像金融等行業(yè)就使用著這些固態(tài)硬盤(pán)，其中風(fēng)險(xiǎn)不言而喻。

最近，上海有一家固態(tài)存儲(chǔ)公司，威固信息，據(jù)說(shuō)這家公司核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)來(lái)自國(guó)防科大、江南所等高校和科研院所，這些技術(shù)人員既做過(guò)飛騰，又做過(guò)申威，他們正準(zhǔn)備做固態(tài)硬盤(pán)主控芯片，把ARM換成自主CPU核。

鐵流猜測(cè)，該團(tuán)隊(duì)極有可能選擇龍芯或申威的內(nèi)核。畢竟龍芯是可以對(duì)外商業(yè)授權(quán)IP核的，海信和海爾等公司就購(gòu)買(mǎi)了數(shù)百萬(wàn)套。龍芯不僅對(duì)外商業(yè)授權(quán)，還把GS232向高校開(kāi)源，讓高校學(xué)子更好的學(xué)習(xí)如何設(shè)計(jì)CPU。另外，申威也是可以對(duì)外授權(quán)IP，考慮到該團(tuán)隊(duì)成員的背景，采用申威的可能比用龍芯還要大一些。

根據(jù)威固官網(wǎng)信息，威固公司在研的下一代控制器代號(hào)為“宋”，新一代控制器集成了國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的CPU核心和加解密算法，并具備存儲(chǔ)數(shù)據(jù)盤(pán)上在線處理能力?！八巍笨刂破黝A(yù)計(jì)于2019年完成流片。

鐵流由衷的希望，能在3年左右看見(jiàn)基于龍芯/申威開(kāi)發(fā)的主控芯片+長(zhǎng)江存儲(chǔ)NAND FLASH的組合，制造出全國(guó)產(chǎn)的固態(tài)硬盤(pán)。