超級計算機榜單又要重新排名了

張紫

在2008年的全球500強超級計算機榜單里，前幾名被美國包攬，而且前100名里中國一席身影都沒有。這種狀況一直持續到2010年，深圳國家超算中心星云超級機實現了前100名零的突破，一舉取得了世界第二的排名。隨后這一情況勢如破竹，2011年，中國天河1A超級計算機超過原排名第一的美國美洲虎系統取得了世界超級計算機的第一把交椅。緊接著從2013年起，我國的超級計算機就一直占據著世界超級計算機排名的第一位。而這一次，美國再次打破了這一局面，回到了曾經的巔峰位置。

在“天河二號”建成之后，前代美國總統奧巴馬就曾叫囂過要建造一臺比“天河二號”運算速度快三十倍的超級計算機，從而幫助美國在科研領域的領先地位。美國人深知超算的威力，雖然沒有夸張的三十倍，但美國最新一代超級計算機卻超過了中國“神威·太湖之光”近兩倍。

新的第一名采用了IBM+NV的芯片

近日，美國能源部與IBM、英偉達合作打造出了新一代超級計算機，IBM將其稱為Summit。其峰值運算性能達到200PFlops，也就是每秒執行20億億次浮點運算，是迄今為止性能最強的超級計算機，也標志著自2012年以來美國超算再次奪冠。

據了解，Summit在具體的配置參數上為基于IBM的Power Systems AC922做節點，每個節點搭載2個Power9處理器和6張NVIDIA Tesla V100 GPU顯卡，總共設計約4600個節點。Power9處理器依然是IBM的自研高性能微架構，80億個晶體管，24個物理核心，每個核心承載4個加速線程，也就是96線程。支持8通道DDR4內存，帶寬340GB/s。

主機放一起可以裝滿兩個籃球場，需要136英里線纜。在硬件的高速協同上，部署了96條PCIe 4.0通道、雙端口的Mellanox EDR InfiniBand適配器（400Gbps）、支持NVLink 2.0（100GB/s），內存超過10PB（DDR4、HBM、非易失性混合），功耗15兆瓦（和神威一樣）。定于2018年安裝調試完成，未來Summit將被用于人工智能、能源以及其他科學研究方面的工作。

Summit不僅代表美國重奪超算話語權的決心，也成功讓IBM Power架構取代英特爾的Xeon，重回超算領頭地位，同時通過IBM Power 9的架構優勢，讓GPU計算的性能表現得以再往上提升。

幾大芯片巨頭誰是贏家、誰缺失了市場

全球超級計算機的競爭是日趨激烈，日新月異，與普通計算機一樣，超級計算機最核心的部件是芯片。在十幾年前，超級計算機芯片供應商只有英特爾、IBM兩家公司，英特爾與IBM型成了相對平衡雙寡頭局面。而之后AMD又參與了超級計算機芯片競爭，在美國的幫助下（對我國需求的高端芯片禁止出口）我國也加入了IBM與英特爾的超級計算機芯片的“戰爭”之中，打破了西方國家在這一領域的壟斷地位。

雖然也遭遇到了巨大的競爭壓力，但是從這幾年世界超級計算機的發展來看，中國把其創新能力發揮得淋漓盡致，極大推動了這一領域的發展。“神威·太湖之光”超級計算機采用的是國產“申威26010”處理器，這也說明了中國超算在業內的領先地位，中國超算（天河一號、天河二號、天河三號）全部采用的是國產CPU。（天河一號剛出來奪得世界第一，當時確實是用英特爾處理器，后來美國對高端芯片禁止出口，天河一號也全換成國產處理器。）

在Summit之前，中國不僅擁有世界上最快的超級計算機，而且在最新公布的世界最快超級計算機500強排行榜上，中國的計算機占到四成。美國所占的比例不足1/3。超級計算機芯片由于長時間高負荷工作，每隔一段時間需要更換，因美國的高端芯片禁止出口并非只對中國產生影響，對生產“至強”芯片的英特爾公司而言，這不僅僅意味著減少大量芯片的銷售額。雖然這個制裁不難繞過，但至少也會增加中國維護現有超算系統的麻煩和成本。刺激中國更多使用國產芯片來構建新型的超級計算機，將美國軟硬件巨頭排擠出中國核心領域市場。

超算技術長期來被視為一個國家創新能力乃至綜合國力的象征，在諸如天氣預報、生命科學的基因分析、航天等高科技領域發揮著至關重要的作用，因此也成為大國角力的擂臺，當前競爭趨向白熱化。

未來的百億億級超算，目前各國已經公布的研發計劃和進度，誰會掌握未來高性能計算的脈搏？

“Summit”把算力推向另一個高峰，引領的是十億億次級別的爭奪，美國也借Summit重回超算榜首地位，但這個寶座恐怕坐不了多久；在Summit推出的同時，全球的科技強國的超算計劃也都分別往前推進了不少，畢竟百億億次的“E級超算”被公認為“超算界的下一頂皇冠”。目前，中、美、歐、日四強正在卯足勁向這一目標沖刺。

中國計劃于2020年推出首臺E級超算；美國能源部啟動了“百億億次計算項目（Exascale Computing Project）”，希望于2021年至少交付一臺E級超算，其中一臺的名字為“極光（Aurora）”，初步規劃峰值運算能力超過每秒130億億次，內存超過8 PB，系統功耗約為40兆瓦。此外，歐盟預計于2022年～ 2023年交付首臺E級超算，使用的是美國、歐盟處理器，架構有可能類似ARM；日本發展E級超算的“旗艦2020計劃”由日本理化所主導，完成時間也設定在2020年。

據新華社5月17日報道，國家超算天津中心當日對外展示了我國新一代百億億次超級計算機“天河三號”原型機，這也是該原型機首次正式對外亮相。據介紹，“天河三號”原型機于2018年6月部署，年底正式投入使用。“E級超算賽跑”中國在進度上暫時處于領先位置。

此外，國內現在同時啟動了三大百億億次超算研發，分別是國防科大天津超算中心的天河三號、中科曙光的E級超算和江南所濟南超算中心的神威E級。以上三套百億億次超算中，有一條要求是共同的，那就是核心處理器必須是國產的。

寫在最后

美國的超算，數量和利用率都是世界第一，大型計算可以幾臺機器協同計算，追求單臺計算能力意義不大。當然，他想要做一臺計算速度第一的超算，也是很簡單的事。超級計算機競爭的核心動力某種意義上直接來源于其背后的芯片業發展。IBM Power計算架構向世界展示了它的強大，而相較英特爾為主的X86體系逐漸走向封閉，其欲取代X86成為AI計算領域通用平臺的的意圖非常明顯。

所以，我們和美國整體上差距是有的，但也不要看輕自己，隨著中國兩臺E級原型機通過驗收，美國這個第一還沒坐實就要被攆下來了。就目前的發展情況來看，2020年或許將會成為這一重大突破實現的關鍵節點。所以，接下來的幾年才是超算領域真正的重頭戲。