全球超級計算機榜單出爐,中國超算有多強,系統晶片全都自研

2021-01-11 胖福的小木屋

11月18日,第54份全球超算TOP 500榜單出爐。中美兩國在超算領域你追我趕的態勢已持續數年,這次美國超級計算機「頂點」(Summit)以每秒14.86億億次的浮點運算速度再次登頂,第二位是美國超算「山脊」(Sierra),中國超算「神威太湖之光」(Sunway TaihuLight)和「天河二號」(Tianhe-2A)分列三、四位。

但是在數量上,中國仍然大幅領先美國,中國境內有228臺超算上榜,蟬聯上榜數量第一,比半年前的榜單增加9臺;美國以117臺位列第二。排在第三位的是日本,有29臺;其後依次為法國(18)、德國(16)、荷蘭(15)、愛爾蘭(14)和英國(11)。

從入圍企業的角度看,聯想製造的超算數量再次保持第一(174臺),其後是中科曙光(71臺)和浪潮(66臺),克雷和HPE同以35臺的安裝數量並列第4位。從這來看,聯想應該是全球最大的超級計算機供應商,不過這174臺超級計算機並不全是為中國造的,比如位列第九的德國萊布尼茨超算中心的超算「SuperMUC-NG」,認證計算能力為1.9萬萬億次每秒浮點運算能力,就是聯想幫忙造出來的。

但是不管怎麼樣,聯想為中國超級計算機的發展還是做出了突出的貢獻的,這個還是要承認的。

從總算力上看,美國超算佔比為37.1%,中國超算佔比為32.3%,中美兩國在超算領域可以說呈現並駕齊驅的態勢。

可以預見,在未來,中美兩國將會在超算領域繼續大打出手,爭奪第一的位置。超級計算機是指能夠執行一般個人電腦無法處理的大量資料與高速運算的電腦。

超級計算機是衡量一個國家綜合國力和科技發展水平的重要指數之一,可以運用於核試爆、高新技術武器模擬、戰爭設計和模擬、情報獲取和分析等軍事領域,還有在民生領域,如氣候預測、疾病醫療、石油勘測、材料科學與計算納米技術等等。可以說掌握了超級計算機技術,對於軍事、經濟的發展,都有巨大的推動。

中國這些年可以說在超級計算機上進步非常迅速。 2013 年開始,「天河二號」的誕生不僅縮小了與美國的差距,擠入了全球第一梯隊,登上了榜首,2016年,「神威·太湖之光」超級計算機系統接棒「天河二號」登頂榜單之首,,而且從2013年開始,中國連續 5 年奪得超算排名第一。

之後,美國能源部下屬橡樹嶺國家實驗室發布新一代超級計算機「頂點」在2018年時隔五年之後重新奪回了第一的寶座。可以說,在超級計算機領域中國和美國現在處於並駕齊驅的狀態。

2015年4月份美國政府宣布制裁中國四家超算中心以及國防科技大學,禁止Intel等美國公司向中國出口高性能計算晶片,理由是中國的超算涉嫌用於核爆試驗。

當時中國的「天河二號」使用的就是Intel Xeon E5處理器及Xeon Phi加速卡,美國的禁令封殺了中國繼續獲得Intel高性能晶片的可能。

從那時候起,中國的超級計算機可以說從系統到晶片全部都是自研,甚至晶片架構都是自己研發。

比如神威·太湖之光採用的申威SW26010是中國首個採用國產自研架構且性能達到世界一流的計算機晶片。

SW26010採用260核心眾核架構,亂序執行架構,頻率1.45GHz,整個處理器包括4個MPE(Management Processing Element)管理單元、4個CPE(Computing Processing Element)計算單元及4個MC內存控制器單元組成,其中CPE單元又由8x8陣列的64核心組成,所以總計是260個核心(4x64 4=260)。

與其他國產處理器相比,申威系在性能上完全走在了前列,在世界範圍內都是靠前的,SW26010的理論浮點性能高達3TFLOPS,SW26010可以直接訪問主存,因此在實際使用效率上不見得就會比intel phi低多少,並且某些應用場合甚至可能大幅度超過intel。

其單晶片處理性能相當於3臺2000年全球排名第一的超級計算機的性能總和。

除此之外,神威·太湖之光還採用了國產自研系統——神威睿思(RaiseOS 2.0.5),基於Linux開原始碼,神威睿思作業系統主要應用於高性能計算與安全兩個領域。

目前,中美兩國主要競爭點在E級超算領域。E 級超算是指每秒可進行百億億次數學運算的超級計算機,被全世界公認為「超級計算機界的下一頂皇冠」。

E級別超算將對國防民生具有重要的作用,目前國家透漏的情況而言,中國將運用E 級超算,構建超級計算與雲計算、大數據和人工智慧深度融合的高性能計算服務平臺,將在長效高解析度氣候氣象預報、大規模航空航天數值風洞、地震地質研究和油氣能源勘探、腦科學與基因工程等一系列超大規模計算與模擬,以及涉及國計民生、信息安全的政務數據、醫療衛生、基因健康等大數據分析處理領域,發揮支撐和平臺作用。

美國也明白,E級超算的重要性,2019年3月,能源部表示將撥款5億美元給英特爾公司和克雷公司,以共同建造美國首臺可實現每秒百億億次浮點運算的稱E級超算「極光」。時隔不到兩個月,美能源部又於近日宣布,將撥款6億美元建造第二臺百億億次超級計算機——「前沿」。又過了不久,能源部還申請了在該實驗室部署美國第三臺E級超算「酋長巖」,也計劃撥款6億美元。交付時間預計為2021年至2023年。

不過目前來說,中國E級超算原型機已經領先一步建好,無錫江南計算技術研究所的下一代神威E級原型機在 2017 年就在山東濟南開工建設,2018年5月30日,神威E級原型機已經竣工投用,2020年將完成研製部署。

截止到2018年10月,我國三個E級超算的原型機系統——神威E級原型機、「天河三號」E級原型機和曙光E級原型機系統全部完成交付。而美國目前一個都沒有。也就是在 2020 年,我國將可能在 E 級超算領域徹底超越美國,在E級超算大戰中拔得頭籌,重新奪回世界第一。

目前來說,中國雖然在超算領域和美國並駕齊驅,但是在應用上,也就是超算軟體開發能力滯後限制了中國超算系統使用效率和應用水平,這個還需要加強,另外,就是中國自研的系統還有自研的晶片進一步去推廣,這個也是目前在做得時期。

不管怎麼樣來說,希望中國在科技領域繼續加油,重回第一。

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