張紫

在2008年的全球500強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)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(xù)到2010年，深圳國家超算中心星云超級(jí)機(jī)實(shí)現(xiàn)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(shì)如破竹，2011年，中國天河1A超級(jí)計(jì)算機(jī)超過原排名第一的美國美洲虎系統(tǒng)取得了世界超級(jí)計(jì)算機(jī)的第一把交椅。緊接著從2013年起，我國的超級(jí)計(jì)算機(jī)就一直占據(jù)著世界超級(jí)計(jì)算機(jī)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(jīng)的巔峰位置。

在“天河二號(hào)”建成之后，前代美國總統(tǒng)奧巴馬就曾叫囂過要建造一臺(tái)比“天河二號(hào)”運(yùn)算速度快三十倍的超級(jí)計(jì)算機(jī)，從而幫助美國在科研領(lǐng)域的領(lǐng)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(jí)計(jì)算機(jī)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(dá)合作打造出了新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)，IBM將其稱為Summit。其峰值運(yùn)算性能達(dá)到200PFlops，也就是每秒執(zhí)行20億億次浮點(diǎn)運(yùn)算，是迄今為止性能最強(qiáng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，也標(biāo)志著自2012年以來美國超算再次奪冠。

據(jù)了解，Summit在具體的配置參數(shù)上為基于IBM的Power Systems AC922做節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)搭載2個(gè)Power9處理器和6張NVIDIA Tesla V100 GPU顯卡，總共設(shè)計(jì)約4600個(gè)節(jié)點(diǎn)。Power9處理器依然是IBM的自研高性能微架構(gòu)，80億個(gè)晶體管，24個(gè)物理核心，每個(gè)核心承載4個(gè)加速線程，也就是96線程。支持8通道DDR4內(nèi)存，帶寬340GB/s。

主機(jī)放一起可以裝滿兩個(gè)籃球場，需要136英里線纜。在硬件的高速協(xié)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(nèi)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(diào)試完成，未來Summit將被用于人工智能、能源以及其他科學(xué)研究方面的工作。

Summit不僅代表美國重奪超算話語權(quán)的決心，也成功讓IBM Power架構(gòu)取代英特爾的Xeon，重回超算領(lǐng)頭地位，同時(shí)通過IBM Power 9的架構(gòu)優(yōu)勢(shì)，讓GPU計(jì)算的性能表現(xiàn)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(jí)計(jì)算機(jī)的競爭是日趨激烈，日新月異，與普通計(jì)算機(jī)一樣，超級(jí)計(jì)算機(jī)最核心的部件是芯片。在十幾年前，超級(jí)計(jì)算機(jī)芯片供應(yīng)商只有英特爾、IBM兩家公司，英特爾與IBM型成了相對(duì)平衡雙寡頭局面。而之后AMD又參與了超級(jí)計(jì)算機(jī)芯片競爭，在美國的幫助下（對(duì)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(jí)計(jì)算機(jī)芯片的“戰(zhàn)爭”之中，打破了西方國家在這一領(lǐng)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(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展來看，中國把其創(chuàng)新能力發(fā)揮得淋漓盡致，極大推動(dòng)了這一領(lǐng)域的發(fā)展?！吧裢ぬ狻背?jí)計(jì)算機(jī)采用的是國產(chǎn)“申威26010”處理器，這也說明了中國超算在業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先地位，中國超算（天河一號(hào)、天河二號(hào)、天河三號(hào)）全部采用的是國產(chǎn)CPU。（天河一號(hào)剛出來奪得世界第一，當(dāng)時(shí)確實(shí)是用英特爾處理器，后來美國對(duì)高端芯片禁止出口，天河一號(hào)也全換成國產(chǎn)處理器。）

在Summit之前，中國不僅擁有世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)，而且在最新公布的世界最快超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜上，中國的計(jì)算機(jī)占到四成。美國所占的比例不足1/3。超級(jí)計(jì)算機(jī)芯片由于長時(shí)間高負(fù)荷工作，每隔一段時(shí)間需要更換，因美國的高端芯片禁止出口并非只對(duì)中國產(chǎn)生影響，對(duì)生產(chǎn)“至強(qiáng)”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(gè)制裁不難繞過，但至少也會(huì)增加中國維護(hù)現(xiàn)有超算系統(tǒng)的麻煩和成本。刺激中國更多使用國產(chǎn)芯片來構(gòu)建新型的超級(jí)計(jì)算機(jī)，將美國軟硬件巨頭排擠出中國核心領(lǐng)域市場。

超算技術(shù)長期來被視為一個(gè)國家創(chuàng)新能力乃至綜合國力的象征，在諸如天氣預(yù)報(bào)、生命科學(xué)的基因分析、航天等高科技領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，因此也成為大國角力的擂臺(tái)，當(dāng)前競爭趨向白熱化。

未來的百億億級(jí)超算，目前各國已經(jīng)公布的研發(fā)計(jì)劃和進(jìn)度，誰會(huì)掌握未來高性能計(jì)算的脈搏？

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

中國計(jì)劃于2020年推出首臺(tái)E級(jí)超算；美國能源部啟動(dòng)了“百億億次計(jì)算項(xiàng)目（Exascale Computing Project）”，希望于2021年至少交付一臺(tái)E級(jí)超算，其中一臺(tái)的名字為“極光（Aurora）”，初步規(guī)劃峰值運(yùn)算能力超過每秒130億億次，內(nèi)存超過8 PB，系統(tǒng)功耗約為40兆瓦。此外，歐盟預(yù)計(jì)于2022年～ 2023年交付首臺(tái)E級(jí)超算，使用的是美國、歐盟處理器，架構(gòu)有可能類似ARM；日本發(fā)展E級(jí)超算的“旗艦2020計(jì)劃”由日本理化所主導(dǎo)，完成時(shí)間也設(shè)定在2020年。

據(jù)新華社5月17日?qǐng)?bào)道，國家超算天津中心當(dāng)日對(duì)外展示了我國新一代百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河三號(hào)”原型機(jī)，這也是該原型機(jī)首次正式對(duì)外亮相。據(jù)介紹，“天河三號(hào)”原型機(jī)于2018年6月部署，年底正式投入使用?！癊級(jí)超算賽跑”中國在進(jìn)度上暫時(shí)處于領(lǐng)先位置。

此外，國內(nèi)現(xiàn)在同時(shí)啟動(dòng)了三大百億億次超算研發(fā)，分別是國防科大天津超算中心的天河三號(hào)、中科曙光的E級(jí)超算和江南所濟(jì)南超算中心的神威E級(jí)。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(chǎn)的。

寫在最后

美國的超算，數(shù)量和利用率都是世界第一，大型計(jì)算可以幾臺(tái)機(jī)器協(xié)同計(jì)算，追求單臺(tái)計(jì)算能力意義不大。當(dāng)然，他想要做一臺(tái)計(jì)算速度第一的超算，也是很簡單的事。超級(jí)計(jì)算機(jī)競爭的核心動(dòng)力某種意義上直接來源于其背后的芯片業(yè)發(fā)展。IBM Power計(jì)算架構(gòu)向世界展示了它的強(qiáng)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(jì)算領(lǐng)域通用平臺(tái)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(tái)E級(jí)原型機(jī)通過驗(yàn)收，美國這個(gè)第一還沒坐實(shí)就要被攆下來了。就目前的發(fā)展情況來看，2020年或許將會(huì)成為這一重大突破實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。所以，接下來的幾年才是超算領(lǐng)域真正的重頭戲。