日本超級計算機「富嶽」蟬聯四冠：為疫情防控顯身手

中文導報訊 日本理化學研究所11月17日宣布，計算科學研究中心（神戶市）的超級計算機「富嶽」在四個部門的性能排名中繼上一次6月之後再次位居世界首位，成為連續兩期蟬聯「四項冠軍」的全球首例。在其中被稱為「TOP500」的部門，運算速度達到每秒44.201京次（1億億為1京），性能是排名第二的美國橡樹嶺國家實驗室超算（每秒14.86京次）的約3倍。

富嶽：搭載ARM晶片且創造新紀錄

曾在2011年的時候，日本憑藉「京」超級計算機拿下了TOP500冠軍，是世界上第一臺每秒執行10萬億次運算的超級計算機，使用的是日本富士通研發的SPARC64處理器。去年，「京」超算退役。

「富嶽」超算由日本理化研究所聯合富士通打造，此前的代號叫Post-K，也就是京超算後一代的意思，最終以富士山的別名正式命名為「富嶽」。

值得注意的是這臺超級計算機竟然是基於ARM架構的，這也是 TOP500 排行榜裡首個採用ARM晶片的超級計算機。

從傳統觀念來看，ARM是移動晶片，性能比較低。目前，多數超級計算機仍然採用的是英特爾和AMD的晶片組。

與現有超算相比，這代超算最大的變化就是採用ARM架構，由富士通的48核A64FX SoC提供支持。

「富嶽」的目標是要比上一代京計算機強100倍(即性能目標為1 exaflop) ，並在世界上具有高度的實用性。「富嶽」使用了158,976個 A64FX 處理器，使用富士通專有的環面融合互聯技術連接在一起。

「富嶽」超算最大的變化就是CPU採用了ARM架構，峰值浮點性能高達 537PFLOPS（53.7億億次），Rmax性能為 442PFLOPS（PFLOPS指的是每秒1千萬億次浮點運算），是第二名超算 Summit 的近3倍，不過功耗也達到了29MW，也是 Summit 的接近3倍。

同時，富嶽擁有442 PetaFLOPS，這也創造了新的世界紀錄，使其領先榜單中排名第二的系統三倍。

目前「富嶽」超算的性能還不是完整版，後續還會繼續升級到1000PFLOPS，也就是百億億次，最終要在2021年左右投入使用。

據理化研究所稱，除了運算速度，「富嶽」在其他三個部門也是第一，成為全球首個獲得四項冠軍。其他三個部門是產業方面利用較多的計算手法性能，用於AI領域的計算性能，以及成為大數據解析指標的解析性能。

「富嶽」在新冠疫情防治領域顯身手

有專家曾介紹說，無論是的國防、材料科學、天文學，還是距離我們生活更近的天氣預報、災害監測、交通管理，超算都大有用武之地。在抗擊新冠疫情的過程中，各國超算也都傾盡全力。此次奪冠的日本「富嶽」超算也在為探索新藥及解析飛沫擴散方式等新冠疫情防治領域大顯身手。

日本文部科學省4月7日宣布，為應對新型冠狀病毒疫情，使用「富嶽」展開研究，將用於探索候選治療藥和預測病毒表面的蛋白質變化等。

日本京都大學教授奧野恭史等人7月3日發布消息稱，使用超級計算機「富嶽」，找到了數十種可作為新冠傳染病候選治療藥物的物質。這些物質有望阻礙病毒在細胞內增殖。擔任理化學研究所項目副總監的奧野教授等人藉助「富嶽」的超高計算能力，以2000多種現有藥物為對象進行了模擬實驗。調查了這些藥物和關係到病毒增殖的蛋白質結合後阻礙蛋白質發揮作用的效果。模擬實驗鎖定了有望對治療新冠產生效果的數十種藥物。

日本理化學研究所在8月宣布，富嶽的計算結果顯示，不織布製作的口罩對阻擋攜帶病毒的口沫，效果最佳，但其他材質的口罩也有效果。

有關棉、聚脂和不織布等材質對阻擋戴口罩的人咳嗽時產生的飛沫，研究團隊說，僅管不織布口罩幾能阻擋咳嗽噴出的所有飛沫，但三種口罩均能擋下至少大約80%的飛沫，也就是對減緩疫情散布都有效果。

「富嶽」的運算模型顯示，不織布口罩會讓逾10%直徑小於20微米的飛沫，經口罩和臉部的空隙散出。

中國超算總數實力霸榜

此次公布的全球超算Top500中，在運算速度方面，第二名Summit，是IBM在田納西州橡樹嶺國家實驗室(ORNL)建造的系統，以148.8 PetaFLOPS的性能保持著美國最快的系統。擁有4356個節點，每個節點都容納了兩個22核Power9 CPU和6個NVIDIA Tesla V100 GPU。

第三名是位於加利福尼亞州勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室的系統Sierra，以94.6 PetaFLOPS的HPL排名第三。其架構與Summit非常相似，其4320個節點中的每個節點都配備了兩顆Power9 CPU和四顆NVIDIA Tesla V100 GPU。

本次新上榜的 JUWELS Booster Module 位列榜單第七。JUWELS Booster Module單獨運行時能夠達到44.1 HPL PetaFLOPS，使其成為歐洲最強大的系統。

本次排名第十的 Dammam-7 安裝在沙烏地阿拉伯的沙特阿美公司，是目前前十名中的第二臺商用超級計算機，也是前十裡第二臺新上榜的機器。它採用英特爾Xeon Gold CPU和NVIDIA Tesla V100 GPU，在HPL基準上達到了22.4 PetaFLOPS。

TOP500項目是針對全球已知最強大的計算機系統做出排名與詳細介紹。此項目始於1993年並且一年出版兩次最新的超級計算機排名列表。

每年的第一次排名公布總是在6月份的國際超級計算機會議上，而第二次排名公布則是在11月份的超級計算會議上。此項目主旨在提供一個可靠的基礎去追蹤與偵測高性能計算的趨勢。

Top500排行榜目前依然是由中國和美國的超級計算機主導 , 美國開發的另一臺超級計算機Sierra排名第3，而中國的「神威·太湖之光」和「天河2A」分別排在第4和第6位。

中國長期以來在超算領域保持優勢，對美國政府和研究機構觸動很大，也促使美國加大投入研發新一代超級計算機。