[读懂科学]“国产加速器”迈出韩国自主研发超级计算机的第一步

by Paek Jongmin

Published 11 Nov.2024 10:59(KST)

ETRI成功开发K-AB21
将于最大超级计算大会SC24上亮相

韩国为跻身世界超级计算机强国行列迈出了第一步。国内研究团队于上月30日宣布，成功开发出韩国首款用于超级计算机的加速器芯片“K-AB21”，由此“成为全球第五个超级计算机生产国家”的梦想，正从模糊的想象变成眼前可见的现实。

K-AB21加速器由韩国电子通信研究院（ETRI）开发，韩国国家超级计算机运营机构——韩国科学技术信息研究院（KISTI）作为软件开发的主力参与。负责芯片开发的ETRI与KISTI携手合作，着手推进国产超级计算机的研制。

超级计算机已在高级数据分析、人工智能（AI）研究、科学仿真等多种尖端产业领域，确立为必不可少的基础设施。韩国此前一直依赖进口产品和零部件，虽拥有位列世界前十的超级计算机，但通过此次研究成果，看到了实现技术独立的可能性。政府计划以此为跳板，进一步强化国内超级计算生态系统，并通过“瞄准细分市场”的技术战略，提升韩国技术在全球舞台上的竞争力。

过去，超级计算机主要依赖中央处理器（CPU）进行运算，而近年来，利用图形处理器（GPU）等加速器开展并行计算的重要性日益凸显。与CPU相比，GPU能够同时处理更多运算，在大规模数据分析、科学仿真和AI训练等方面更具优势。采用GPU的超级计算机可同时服务于AI和高性能计算（HPC）两大领域，其性能能够突破传统CPU架构超级计算机的限制，这也是GPU架构超级计算机在AI时代备受关注的原因。我国的国家超级计算机6号机以及气象厅的下一代超级计算机，同样正以GPU架构为基础推进建设。

以国内技术研发的 K-AB21 加速器。照片由 ETRI 提供

此次开发的K-AB21加速器芯片由ETRI人工智能计算研究所和智能半导体研究本部分工合作完成，是在国内自主开发的首款高性能超级计算机用芯片，集成了100亿个晶体管。研究团队表示，该芯片支持高精度的双精度浮点运算（FP64），可加速科学计算和工程仿真。该加速器将于本月18日在美国亚特兰大举行的全球最大规模超级计算机技术展会“Supercomputing 24（SC24）”上首次公开亮相，并接受性能和功能验证。

K-AB21具备每秒可执行8万亿次运算的8太浮点运算性能（8 TFLOPS）。ETRI称，在台湾台积电（TSMC）的12纳米工艺上制造的K-AB21，其性能优于同样采用12纳米工艺制造的英伟达V100的7 TFLOPS。不过，V100早在2017年就已实现量产，而K-AB21目前才刚刚推出样品，两者形成鲜明对比。V100此后又发展出了A100、H100以及Blackwell等后续产品。

虽然其成绩大致相当于约7年前问世的产品，但从几乎没有加速器研发经验的我国角度来看，这一水平已属重大成果。问题在于，英伟达几乎每两年就推出一代新品，并实现性能的飞跃式提升。即便我们奋力追赶，英伟达前进的速度也极快，使得我们的挑战难度极高，这也是需要追加投入的原因。

国家超级计算机5号机“Nurion”采用海外技术制造。照片由KISTI提供

ETRI研究团队评价称，通过此次开发，已经为构建超级计算机自主生态体系夯实了技术基础。超级计算机并非仅由加速器芯片单一构成。为了保证整个系统稳定运行，还必须将执行超高速运算的软件、有效管理发热的冷却技术、提升数据传输速度的高速接口等多种配套技术有机结合。

其中，由KISTI主导开发的软件尤为关键。KISTI完成了编译器、运行时环境、设备驱动程序等超级计算机的核心软件组件，从而最大化发挥ETRI加速器芯片的协同效应，在尽可能提升本次超级计算机加速系统运算性能方面发挥了核心作用。

KISTI强调，超级计算机并非只是硬件堆砌，而是高性能软件与冷却技术等多种要素相互融合的复杂系统。

Jo Minsu（赵珉洙）KISTI院长代理表示：“从国家层面看，超级计算机的自主开发是必不可少的。通过这一过程，必须构建真正以用户为中心的超级计算环境，实现技术自立。”他还称，在超级计算机开发推进团成立之初，他曾向员工提出目标：“让我们在30年内完成我们启动的这个项目。”

此次开发成功，使韩国在实现高性能计算自主化方面迈出了关键一步。目前，只有美国、中国、日本和欧洲联盟（EU）等少数国家掌握了自主制造超级计算机的技术。

Han Ujong（韩宇钟）ETRI超级计算系统研究室研究委员表示：“此次迈出了摆脱对进口产品依赖、实现国内超级计算系统独立的第一步，意义重大。希望在被全球大型信息技术企业垄断的加速器市场上，韩国能够凭借自身技术获得竞争力。”

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研究团队通过本次开发，已申请国内外专利29项，并发表了15篇被科学技术论文引文索引（SCI）收录的论文。今后，他们计划通过商业化，一方面瞄准高性能超级计算机的细分市场，另一方面推动技术向自动驾驶汽车、机器人、边缘服务器、AI教育等相关产业转移。研究团队还将通过进一步开发，高度化超级计算机用加速器技术，激活相关产业生态体系，从而提升国内企业的竞争力。

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