上篇文章中，我們瞭解了“神威·太湖之光”曾是世界上最快的超級計算機，代表着中國在算力領域的一次重大突破。但很多人不知道，它的真正核心，不是龐大的機房設備，而是一顆中國“芯”——申威處理器。

一臺超級計算機跑得快，並不稀奇；能靠自己造跑得快的芯片，纔是真本事。這背後的故事，是中國從“能用超算”到“能造超算”的關鍵一步。本篇文章，我們就聚焦於這顆中國自主設計的芯片——SW26010。

SW26010芯片

（圖片來源：國家超級計算無錫中心）

“超算的大腦”：我國自主研發的申威處理器

申威不是一臺機器，而是一種國產高性能處理器的統稱。尤其是在“神威·太湖之光”這臺超級計算機中，所採用的正是名爲SW26010的申威處理器。換句話說，“申威”是“神威”的大腦，是驅動這臺超級計算機完成千萬億次運算的計算核心。

這顆芯片是中國自主研發、完全不依賴國外架構授權的處理器，具有以下幾個關鍵特點：每顆SW26010芯片包含260個計算核心，包括256個運算核心和4個管理核心，整個神威系統共搭載了40960顆芯片，總計超過1065萬個計算核心。

芯片採用“低頻高並行”策略，適合高效執行大規模科學計算任務。“低頻高並行”指的是不追求單個處理器核心的高主頻，而是通過集成大量低頻核心來實現整體計算能力的提升。相比傳統的“高頻少核”方案，這種方式能顯著降低能耗和發熱，提升系統的能效比。

SW26010架構以及從核陣列結構邏輯示意圖

（圖片來源：國家超級計算無錫中心）

SW26010-Pro：升級版“中國芯”

在SW26010的基礎上，我國還研發出了SW26010-Pro處理器，它是“神威·太湖之光”後續型號超級計算機所使用的核心芯片。

與SW26010相比，SW26010-Pro在計算性能、存儲帶寬、能效比、指令集兼容性和編程友好性等方面都有明顯提升。W20610-Pro由6個核心組和1個協議處理單元組成，每個核心組包含64個計算處理元素，總計384個內核，而SW26010只有4個核心組，並且每個核心組都有自己的內存控制器，理論帶寬達到了307.2GB/s，解決了上一代中某些核心互聯與內存訪問瓶頸，提升了多核之間的數據傳輸效率。

此外，它還增強了對異構計算架構的支持，更適配未來大規模並行任務的需求。

我們爲什麼要自研處理器？

在“神威”使用“申威”的那一刻起，中國邁出了超算領域關鍵的一步：不再依賴國外芯片，而是走上了自主可控的道路。那麼，爲什麼自研處理器這麼重要？原因可以歸結爲四個層面：

1.避免“卡脖子”風險

曾幾何時，中國的超級計算機系統使用的芯片常從國外進口。但在2015年，美國政府限制向中國出口高性能計算芯片，使得“天河二號”升級計劃被迫中止。正是這一事件，直接促使“神威·太湖之光”全面轉向國產處理器“申威”。自研芯片，不僅是技術能力，更是“算力主權”的保障。

2.滿足國家戰略需求

超級計算機不只是科研工具，它是涉及國防安全、氣候預測、能源開發等多個關鍵領域的“科技基石”。如果關鍵芯片依賴進口，一旦被封鎖，整個系統將面臨癱瘓風險。唯有自主研發處理器，才能確保國家最核心的科研和安全任務順利進行。

3.節能高效、針對性強

國外通用芯片是爲“泛用途”設計的，即採用通用計算架構，旨在適應廣泛的、多樣化的計算需求，而非專門針對某一特定領域優化。而申威處理器從一開始就專爲高性能並行計算優化。它採用大量核心、低頻協同的架構，適合大規模科學模擬、複雜工程仿真等任務，在能耗控制和並行效率上具有明顯優勢。申威並不追求“單核最快”，而是追求“整體最適合超算”。

總之，自研“申威”，不僅僅是爲了實現自主可用，更是爲了擺脫受制於人的困境，掌握技術發展的主導權。“神威”的超強算力令人驚歎，但更令人自豪的，是“申威”這顆完全自主的“中國芯”。從芯片到整機，從被動使用到自主設計，我們不只是造出了一臺超級計算機，更邁出了自主可控、掌握核心技術的堅實一步。真正的算力強國，不僅要跑得快，更要掌握方向盤。

不過，硬件的強大僅僅是起點，真正的價值在於它如何將算力轉化爲解決實際問題的“超級力量”。這樣一臺配備自主研發的芯片、具有強大算力的超級計算機，到底有什麼具體的用途呢？我們將在下一篇文章揭曉。

參考文獻：

[1] 胡怡, 陳道琨, 楊超, 等. 國產 SW26010-Pro 處理器上 3 級 BLAS 函數衆核並行優化[J]. 軟件學報, 2023, 35(3): 1569-1584.

出品：科普中國

作者：楊超（中國科普作家協會）

監製：中國科普博覽