轉(zhuǎn)載：中關(guān)村在線

       相對(duì)于從誕生之初就處于輿論風(fēng)口浪尖的龍芯，國(guó)內(nèi)另一款走全自主道路的芯片——申威，相比之下就低調(diào)得多。

　　無(wú)論是傳統(tǒng)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(guó)產(chǎn)芯片都要低得多，而且相比于嘲諷天賦技能被點(diǎn)滿的龍芯，申威極少成為網(wǎng)媒和充滿虐氣的網(wǎng)民的攻擊對(duì)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(jì)60-70年代末，中國(guó)在高性能計(jì)算機(jī)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(tǒng)和匯編語(yǔ)言、FORTRAN語(yǔ)言及標(biāo)準(zhǔn)程序庫(kù)的441B系列計(jì)算機(jī)。北京大學(xué)、北京有線電廠等單位聯(lián)合研制150計(jì)算機(jī)。清華大學(xué)、北京無(wú)線電三廠研制生產(chǎn)了130、131、132、135、140、152、153系列計(jì)算機(jī)近千臺(tái)。國(guó)防科大成功研制出151計(jì)算機(jī)，華東計(jì)算技術(shù)研究所成功研制1001中型集成電路計(jì)算機(jī)和HDS-9計(jì)算機(jī)，其中HDS-9計(jì)算機(jī)每秒運(yùn)算達(dá)500萬(wàn)次，更為難能可貴的是，這些計(jì)算機(jī)的軟件和硬件是中國(guó)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(zhuǎn)而大量外購(gòu)國(guó)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(jí)計(jì)算機(jī)都沒(méi)有中國(guó)“芯”，在技術(shù)上始終受制于人。即使是在幾年前的天河2號(hào)上，也只有4096片飛騰1500作為計(jì)算節(jié)點(diǎn)前端處理器，而飛騰1500是在SUN的UltraSPARC T2基礎(chǔ)上做的改進(jìn)版本。

　　為解決在超算和國(guó)防、信息安全無(wú)“芯”可用的困境?？倕⒅\部第五十六研究所（無(wú)錫江南計(jì)算技術(shù)研究所）于2003年開(kāi)始著手設(shè)計(jì)中國(guó)人自己的高性能芯片。申威從此踏上了征途。

2、申威的娘家

　　申威由總參謀部第五十六研究所（無(wú)錫江南計(jì)算技術(shù)研究所）設(shè)計(jì)，上海高性能集成電路設(shè)計(jì)中心是56所的馬甲。

　　該研究所創(chuàng)建于1951年6月，坐落于無(wú)錫。主要研究方向有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、并行/分布處理與智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件、人工智能與智能控制、計(jì)算機(jī)與通信、計(jì)算機(jī)信息處理與應(yīng)用。八十年代以來(lái)，在計(jì)算機(jī)、通信及機(jī)電一體化等領(lǐng)域共榮獲國(guó)家、軍隊(duì)科學(xué)技術(shù)成果獎(jiǎng)300多項(xiàng)，其中國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步特等獎(jiǎng)3項(xiàng)，軍隊(duì)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)35項(xiàng)。1987、2000年，中央軍委兩次為56所榮記集體一等功。1993年中央軍委授予56所“勇攀科技高峰先進(jìn)研究所”榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)。

3、申威的指令集和技術(shù)淵源

　　申威屬于Alpha陣營(yíng)，指令集也是基于Alpha進(jìn)行擴(kuò)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(qiáng)，Alpha性能更是驚艷，AMD就曾經(jīng)購(gòu)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(jié)構(gòu)。

　　DEC是技術(shù)實(shí)力比人強(qiáng)，但商業(yè)模式不如人而失敗的典型例子，Alpha也被幾經(jīng)轉(zhuǎn)手，先被康柏收購(gòu)，后被惠普雪藏。目前Alpha已經(jīng)被束之高閣，指令集和微結(jié)構(gòu)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(kuò)展指令和發(fā)展路線的自主權(quán)。

4、自主可控體系構(gòu)建

　　申威和龍芯作為國(guó)內(nèi)碩果僅存的兩個(gè)走自主可控路線的IC設(shè)計(jì)單位，和龍芯一樣在積極構(gòu)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(xiàn)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(tǒng)。加上超算領(lǐng)域不像PC領(lǐng)域那樣存在軟件生態(tài)的掣肘，申威構(gòu)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(lán)光超算使用了8704片申威1600，搭載神威睿思操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了軟件和硬件全部國(guó)產(chǎn)化。

5、申威歷程

　　56所（江南所）以Alpha指令集為基礎(chǔ)，擴(kuò)展出自己的指令集，并在2006年設(shè)計(jì)出具有自主微結(jié)構(gòu)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56所磨礪技藝的作品，是對(duì)Alpha21164技術(shù)的消化吸收，那么2010年研發(fā)的申威1600則是56將國(guó)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(lán)光超算。

　　也許是因Alpha當(dāng)年強(qiáng)悍的性能，本人對(duì)源自Alpha的申威抱有很高的期望。但根據(jù)國(guó)家高性能集成電路設(shè)計(jì)中心公布的論文顯示，申威1600的SPEC2000測(cè)試分?jǐn)?shù)只能說(shuō)是差強(qiáng)人意，唯有性能功耗比和LINPACK測(cè)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(kuò)展性很好，實(shí)現(xiàn)了比較理想的多核性能加速比。

      2012年，56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(yùn)算200G。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(biāo)麒麟操作系統(tǒng)。這兩款產(chǎn)品同樣遭遇了龍芯在PC市場(chǎng)遇到的軟件生態(tài)貧乏和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟弱小導(dǎo)致產(chǎn)品缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的困境，加上申威410單核性能太弱，搭載申威410的安全可信PC基本不具備在民用PC市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

　　2014年底，申威5成功流片。根據(jù)一篇由坐落于無(wú)錫的數(shù)字工程與先進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和坐落于北京的國(guó)家并行計(jì)算機(jī)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(yùn)算核心的高性能眾核CPU，雙精浮點(diǎn)運(yùn)算超過(guò)1T，核內(nèi) linpack效率93%，并有很高的性能功耗比。

6、神威藍(lán)光超算

　　神威藍(lán)光超算總投資6億元，于2012年9月投入使用。神威藍(lán)光超級(jí)計(jì)算機(jī)使用了8704片申威1600，搭載神威睿思操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了軟件和硬件全部國(guó)產(chǎn)化。神威藍(lán)光超算峰值計(jì)算性能1PFlops（一千萬(wàn)億次每秒），持續(xù)性能為0.796PFlops，性能功耗比超過(guò)741MFlops/W(百萬(wàn)次浮點(diǎn)運(yùn)算/秒?瓦)，LINPACK效率為74%。

神威藍(lán)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(tǒng)，實(shí)現(xiàn)軟件和硬件全部國(guó)產(chǎn)化；

二是穩(wěn)定性較好，測(cè)試Linpack 全過(guò)程9個(gè)多小時(shí)無(wú)故障；

三是液冷系統(tǒng)高效可靠，冷卻劑在冷板內(nèi)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(jī)倉(cāng)可裝入1024個(gè)CPU；

五是整機(jī)功耗低，性能功耗比高。神威藍(lán)光超算性能功耗比超過(guò)741MFlops/W，整機(jī)功耗1W；天河1號(hào)超算性能功耗比431.7 MFlops/ W，整機(jī)功耗4W。

六是整機(jī)效率高。神威藍(lán)光超算LINPACK在不同規(guī)模下的效率：?jiǎn)翁幚砥骱?0.28%，單CPU 75.20%，單機(jī)艙75.07%，整機(jī)74.37%。神威藍(lán)光超算整機(jī)效率與曾經(jīng)是美國(guó)最快的計(jì)算機(jī)美洲虎超級(jí)計(jì)算機(jī)效率相當(dāng)。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，“國(guó)家超級(jí)計(jì)算濟(jì)南中心”有注冊(cè)用戶超過(guò)100個(gè)，移植優(yōu)化60多道重點(diǎn)應(yīng)用課題，其中能夠達(dá)到上萬(wàn)核并行規(guī)模的應(yīng)用課題達(dá)16個(gè)，有應(yīng)用成果的課題超過(guò)15個(gè)，系統(tǒng)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(yī)藥、信息安全、航空航天、材料物理、金融分析、工業(yè)設(shè)計(jì)、石油物探等應(yīng)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(zhǎng)為組長(zhǎng)，副市長(zhǎng)為副組長(zhǎng)的國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組，積極籌備新一代神威超算建設(shè)。2015年4月，官方成立了無(wú)錫恒鼎超級(jí)計(jì)算中心有限公司作為國(guó)家超級(jí)計(jì)算（無(wú)錫）中心的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)主體，56所成立了項(xiàng)目指揮組及總師組負(fù)責(zé)解決超算建設(shè)過(guò)程中的技術(shù)問(wèn)題。

　　目前，新一代神威超算主機(jī)系統(tǒng)軟件正在調(diào)試中，整機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)劃于2015年年底公布。新超算總投資18億元，計(jì)劃在 2017-2018年建成，運(yùn)算能力將達(dá)到100PFlops，計(jì)算性能有望沖擊世界第一。

神威MPP機(jī)

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

　　神威MPP機(jī)硬件系統(tǒng)由高速運(yùn)算系統(tǒng)、互連網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、海量存儲(chǔ)系統(tǒng)、維護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)組裝設(shè)計(jì)等部分組成。軟件系統(tǒng)主要包括“神威睿思”操作系統(tǒng)、“神威睿智”編譯器、基礎(chǔ)庫(kù)等。

      系統(tǒng)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(shè)計(jì)、金融分析等重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域的近二十道萬(wàn)核以上并行規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用課題，取得若干重大應(yīng)用成果。

　　6神威Cluster是在匯集神威MPP機(jī)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上，專(zhuān)門(mén)為科學(xué)和工程計(jì)算領(lǐng)域設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的高性能計(jì)算平臺(tái)。在氣候氣象、海洋環(huán)境、數(shù)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(jì)算、材料科學(xué)、芯片設(shè)計(jì)、動(dòng)漫設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)等方面用途廣泛。神威Cluster系統(tǒng)的通用結(jié)構(gòu)如下圖：

7、安全可信PC

　　神威安全可信PC是搭載申威410，針對(duì)有較高安全需求的黨政軍單位，元器件實(shí)現(xiàn)100%國(guó)產(chǎn)化。內(nèi)嵌的國(guó)產(chǎn)外圍套片，集成了符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的可信密碼模塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)嵌式可信引導(dǎo)和軟件系統(tǒng)的可信度量，保證系統(tǒng)的安全可信。

　　因申威410單核性能太弱，軟件生態(tài)極度貧乏，僅限于滿足特殊部門(mén)使用。如果說(shuō)龍芯還是在從安全市場(chǎng)往民用市場(chǎng)方向發(fā)展的話，申威從頭到尾壓根就沒(méi)考慮過(guò)民用市場(chǎng)，完全是自己關(guān)起門(mén)來(lái)自己玩。

　　神威云是國(guó)家并行計(jì)算機(jī)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(tái)和運(yùn)維監(jiān)視平臺(tái)，具有強(qiáng)大的虛擬資源池管理能力。神威云平臺(tái)采用商用服務(wù)器、高速網(wǎng)絡(luò)、高性能存儲(chǔ)設(shè)備，結(jié)合神威云平臺(tái)系列軟件搭建。具有功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定、安全可靠、簡(jiǎn)單好用的特點(diǎn)。

9、小結(jié)

　　雖然申威和龍芯一樣是走獨(dú)立自主路線，但申威的道路要比龍芯平坦得多：首先，國(guó)家對(duì)龍芯的投入非常有限，而且龍芯自2010年市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)后完全自主經(jīng)營(yíng)，自負(fù)盈虧。申威是軍方項(xiàng)目，不僅不用面對(duì)IC設(shè)計(jì)公司最頭痛的技術(shù)人才流失問(wèn)題，還能在人力物力財(cái)力可以得到軍方充足保障。

　　其次，申威專(zhuān)注于超算領(lǐng)域，不存在龍芯在PC市場(chǎng)遇到的軟件生態(tài)貧乏和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟弱小導(dǎo)致產(chǎn)品缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的困境。申威有自己的指令集、微結(jié)構(gòu)、CPU、編譯器、操作系統(tǒng)就足以在超算領(lǐng)域立足。而龍芯則被軟件生態(tài)貧乏和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟弱小掣肘。但申威專(zhuān)注于超算領(lǐng)域也帶來(lái)一個(gè)缺憾，就是在和人民群眾最息息相關(guān)的民用PC市場(chǎng)，我們可能永遠(yuǎn)看不到申威的產(chǎn)品了。

　　最后，申威是軍方項(xiàng)目，而神威超算更是國(guó)家級(jí)工程，申威的軟件和硬件產(chǎn)品完全可以在體制內(nèi)完成內(nèi)部循環(huán)。而龍芯的很多產(chǎn)品必須到商業(yè)市場(chǎng)上去拼殺。               

　　申威自2003年誕生以來(lái)，基于Alpha自主擴(kuò)展了指令集，共設(shè)計(jì)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(tǒng)，推出了搭載申威芯片的PC、服務(wù)器、高性能計(jì)算機(jī)、超算、防火墻、機(jī)架式存儲(chǔ)服務(wù)器、大規(guī)模集群存儲(chǔ)系統(tǒng)、瘦客戶端、QDR HCA卡、神威云等產(chǎn)品，為國(guó)家信息安全和超算建設(shè)竭盡所能，圓滿完成了國(guó)家交付的任務(wù)。