國產(chǎn)“飛騰處理器”是國防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院專為“天河”系列超級計(jì)算機(jī)而量身定制的銀河飛騰系列通用CPU，得到國家“核高基”項(xiàng)目的專項(xiàng)資金支持。針對銀河飛騰系列，國防科大先后嘗試了X86、Epic（VLIW）、SPARC、ARM四個(gè)指令集，并以Sparc開源代碼為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了FT-1000和FT-1500兩款CPU，之后，飛騰選擇了ARM陣營，獲得了ARM指令集授權(quán)，并在數(shù)年時(shí)間里先后開發(fā)出了FTC660、FTC661兩款CPU核，以及FT-1500A/4、FT-1500A/16、FT-2000、FT-2000plus等CPU產(chǎn)品。
FT-1500A/4被用于PC和筆記本，采用28nm制造工藝。集成了4個(gè)FTC660 CPU核，主頻1.5GHz-2.0GHz，集成了2MB二級cache和8MB三級cache，集成了2個(gè)DDR3-1600存儲(chǔ)控制器，可提供25.6GB/s訪存帶寬，最大功耗為15W。
FT-1500A/16被用于服務(wù)器，采用28nm制造工藝。集成了16個(gè)FTC660 CPU核，主頻1.5GHz，集成了8MB二級cache和8MB三級cache，集成了4個(gè)DDR3-1600存儲(chǔ)控制器，可提供51.2GB/s訪存帶寬，最大功耗為35W。
FT-2000采用28nm制造工藝，可被用于超算計(jì)算節(jié)點(diǎn)和高性能服務(wù)器。集成了64個(gè)FTC661處理器核。工作主頻1.5GHz-2.0GHz。集成了32MB二級cache，擴(kuò)展支持128MB三級cache。支持16個(gè)DDR3-1600存儲(chǔ)控制器，可提供204.8GB/s訪存帶寬。
最新的FT-2000Plus采用了臺(tái)積電16nm制造工藝，主頻為2.0GHz-2.4GHz，集成了64個(gè)FTC661處理器核。為了提高集成度，拋棄了L3cache，將DDR4內(nèi)存控制器集成到了片內(nèi)。目前，飛騰系列CPU已經(jīng)形成了一個(gè)家族，可滿足黨政軍多個(gè)領(lǐng)域的實(shí)際需求。
飛騰CPU的演進(jìn)與我國超級計(jì)算機(jī)的成長史是同步的。FT-1000、FT-1500曾分別使用在“天河一號(hào)”和“天河二號(hào)”超級計(jì)算機(jī)，且日前剛剛完成研制部署中國自主研發(fā)的新一代百億億次超級計(jì)算機(jī)“天河三號(hào)”Ｅ級原型機(jī)采用的也是全自主創(chuàng)新的飛騰CPU。
FT-1000：助力“天河一號(hào)”升級
“天河一號(hào)”，是由國防科技大學(xué)研制的我國首臺(tái)千萬億次超級計(jì)算機(jī)，采用6144個(gè)英特爾INTEL通用多核處理器和5120個(gè)AMD圖形加速處理器。次年，國防科技大學(xué)在原有的“天河一號(hào)”超級計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上，對其加速節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了擴(kuò)充與升級。升級優(yōu)化后的“天河一號(hào)”，部分采用了FT-1000芯片，峰值性能提高了3.89倍，持續(xù)性能提高了4.45倍，均達(dá)到當(dāng)時(shí)的國際領(lǐng)先水平。
FT-1500A：美技術(shù)封鎖下的崛起
2014年11月，在美國新奧爾良市召開的世界超級計(jì)算機(jī)大會(huì)上，“天河二號(hào)”在國際TOP500組織首次正式發(fā)布的超級計(jì)算機(jī)高性能測試排行榜上位居世界第一。此前，由該組織發(fā)布的第44屆世界超級計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜中，天河二號(hào)以峰值計(jì)算速度達(dá)每秒5.49億億次、持續(xù)計(jì)算速度達(dá)每秒3.39億億次位居榜首，獲得“四連冠”。2015年，“天河二號(hào)”計(jì)劃將計(jì)算能力從55PFLOPS升級到100PFLOPS。
或許是“天河二號(hào)”四連冠的戰(zhàn)績和升級計(jì)劃，威脅到美國在超算的地位，2015年4月9日，美國商務(wù)部發(fā)布報(bào)告，決定拒絕英特爾公司向中國的國家超級計(jì)算廣州中心出售至強(qiáng)芯片用于“天河二號(hào)”系統(tǒng)升級的申請。國家超級計(jì)算長沙中心、廣州中心、天津中心和國防科技大學(xué)四家國家超算中心被列入出口管制名單。
美國商務(wù)部實(shí)施出口限制極大地刺激我國國產(chǎn)芯片產(chǎn)業(yè)化以及在國產(chǎn)超算系統(tǒng)部署的進(jìn)程。 “天河二號(hào)”一期系統(tǒng)使用了32000顆“Xeon處理器和48000顆“XeonPhi”協(xié)處理器，其計(jì)算節(jié)點(diǎn)的前端處理器為4096個(gè)FT-1500芯片，用以處理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。受美國禁運(yùn)政策的影響，直到2017年底，廣州超算中心才使用國產(chǎn)加速器Matrix 2000取代原本的Intel Xeon Phi加速器，將“天河二號(hào)”的性能從54.9PFLOPS提升到了97.9PFLOPS。
天河3號(hào)：完全拋棄Intel 實(shí)現(xiàn)完全自主可控
2018年7月，我國自主研發(fā)的新一代百億億次超級計(jì)算機(jī)--“天河三號(hào)”Ｅ級原型機(jī)完成研制部署，并順利通過分項(xiàng)驗(yàn)收，該原型機(jī)系統(tǒng)采用了三種國產(chǎn)自主高性能計(jì)算和通信芯片。在此基礎(chǔ)上，“天河三號(hào)”超級計(jì)算機(jī)預(yù)計(jì)于2020年研制成功！
據(jù)悉，“天河”系列超級計(jì)算機(jī)已經(jīng)全面掌握“五大”自主核心技術(shù)，即具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的四大芯片和自主操作系統(tǒng)。目前，通用CPU和加速器CPU、互連通信路由芯片和互連接口芯片，均已裝配在“天河二號(hào)”2期系統(tǒng)中，打破了2015年美國對國防科大和“天河”系超算中心的CPU禁運(yùn)，而“天河三號(hào)”超級計(jì)算機(jī)將對這四大芯片進(jìn)行全面升級。
目前，“天河三號(hào)”E級原型機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了四大自主創(chuàng)新，即三款芯片--“邁創(chuàng)”眾核處理器（Matrix-2000+）、互連接口芯片、路由器芯片；四類計(jì)算、存儲(chǔ)和服務(wù)結(jié)點(diǎn)，十余種PCB電路板；新型的計(jì)算處理、高速互連、并行存儲(chǔ)、服務(wù)處理、監(jiān)控診斷、基礎(chǔ)架構(gòu)等硬件分系統(tǒng)；系統(tǒng)操作、并行開發(fā)、應(yīng)用支撐和綜合管理等軟件分系統(tǒng)。未來‘天河三號(hào)’E級超級計(jì)算機(jī)將對已經(jīng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的三款計(jì)算、互聯(lián)通信核心芯片再進(jìn)行全面升級，同時(shí)基于飛騰CPU設(shè)計(jì)新的多核CPU，實(shí)現(xiàn)可支持海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的層次式存儲(chǔ)系統(tǒng)，對適用高性能計(jì)算和高效大數(shù)據(jù)處理的柔性體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化。