超算TOP500美国重返榜首 中国怎能坐以待毙?

　　【PConline 产业观察】最近，美国超算登顶了世界第一，对于重返世界第一不知道美国的超算领域作何感想，但的确值得关注和祝贺。就在近日，德国法兰克福召开的全球超算大会上，公布了最新的全球超级计算机500强榜单，其中来自美国的超级计算机“Summit”排名第一，来自中国的超算“神威·太湖之光”位列第二，第三名则是来自美国的“Sierra”。从前三名的排名布局我们不难发现，在中国超算占据世界首位几年之后，美国的超算技术已经以迅雷不及掩耳的势头追赶上来了。

　　就在上一届的排名当中，中国的“神威·太湖之光”和“天河2号”包揽了榜单的前两名，当时也是继美国霸占榜单前三名20年来首次跌出榜单前三甲，这一次，美国重返首位当然要归功于半导体产业的早期发展以及多年的技术积累。

　　其实除了中美之外，日本的超级计算水平也一直在全球市场的第一梯队，更有消息透露称，日本已经研发出了基于ARM架构的全新版本超级计算机架构，其理论性能远超过太湖之光和美国的Summit，不过目前尚处于测试阶段，还没有进行量产，预计最快也要在今年的下半年才有机会对TOP500发起冲击。

　　争夺超算霸主地位 意义何在？

　　对于超级计算机来说，其运算性能远远超乎我们的想象，可以说它是上知天文，下晓地理，什么都能计算，可能是夜观天象，也可能是解开宇宙奥秘等等，并且近些年已经在一些落地的应用当中开始运用超算设备来帮助人类提升效率。

　　在材料合成、矿产勘探等很多领域超算已经开始扮演着举足轻重的角色，不只是这些，从大的社会风向到小的个人人格特征定位也在超算的运算范围当中，未来在很多军事领域当中超算也将发挥巨大作用。

　　美国：虽夺冠，但市场份额大幅下降

　　从今年的榜单以及市场份额趋势图上我们可分析出，虽然美国的“Summit”超级计算机夺得了冠军，但是在整体入围TOP500榜单当中的整体份额来看，中国所占据的份额增长趋势相当迅速，而美国则呈现了份额下降的现象，仅剩下了24.8%的份额占比。对于美国超算来说或许还有另外一种战略可能，那就是逐渐改变过度依赖份额占比，向高效能路线进行转变的策略，从参数当中我们不难发现，位列第三位的Sierra所使用的是和Summit类似的IBM Power架构，加上NVIDIA的GPU，相比第二名的太湖之光禁用了不到1成的核心就能够输出其8成的计算性能，因此可以看出美国的超算的确改变了策略。

　　另外，由于Summit超算使用基于14nm工艺的Power架构加上基于12nm的NVIDIA GPU，在每瓦能效表现方面要明显比使用28nm工艺芯片的太湖之光更有优势，才用类似架构的第3名超算架构也有类似的能效表现。

　　CPU仍是超算主角，GPU挑战很大

　　我们都知道，在过去的很长一段时间当中，超算主要的架构是以RISC为主，后来逐渐转向x86架构，近些年随着深度学习以及AI计算的需求量在不断的增加，使得GPU在超级计算架构当中的重要程度以及市场份额在不断加大，在去年底公布的TOP500榜单当中就有将近90款超算平台在使用GPU进行加速。

　　当然了，虽然GPU活着其他计算加速架构的引用越来越多，但是纯CPU的超算架构占比仍然还是接近8成，很多国家的超算平台应用过程当中还在不断的推出新的CPU架构，这其实也从侧面证明了在超级计算领域当中CPU还是有很大的发挥空间。

　　我们可以看到的是，不只是英特尔的x86架构，像MIPS、ARM以及Power架构等很多传统的RISC架构都在证明CPU的输出性能并不比GPU的性能差，当然，应用到超算中的CPU架构已经不是纯粹的CPU，更多包含了许多辅助的数学计算核心，甚至英特尔才刚推出的神经网络处理器就整合了FPGA架构，这些架构也都证明了自己的效能和效率都不下于GPU，虽然NVIDIA的GPU架构在服务器当中拥有崇高的地位，但是在超算领域仍是挑战者。

　　神威·太湖之光：能耗有待提升

　　中国的神威·太湖之光采用的是纯CPU计算架构的组合，并没有用到英特尔的处理器芯片，也并没有使用GPU计算架构，但是其运算能力却超过了除Summit以外的其他架构组合，但是在能耗方面还是稍显弱势，需要进一步进行改进。

　　在神威·太湖之光超算平台当中所使用的是申威26010在单一芯片中整合的超过260个计算核心，在整个超算平台当中应用了40960颗芯片，核心数量高达10649600个，单纯的核心数量并不是最多的，但是其输出的性能则远远超过此前的天河2号，超出了将近3倍的计算性能。

　　但是申威26010架构因为过于特化，其单核心的效率非常低，甚至比英特尔的Atom和主流ARM架构还要低，也不适合用在主流的一般消费性计算上。其优势在于强大的互联与协同工作能力，突破过去超算架构在计算芯片数量达到一定程度时，计算效能的增长就会逐步降低的传统天险。

　　英特尔的“潜力架构”

　　来自英特尔的Nervana架构虽然在本次的榜单当中并没有太多的出彩，但是有很多业内专家表示，Nervana则是未来超算平台当中的一只“潜力股”，我们都知道，在超算领域目前英特尔所面对的不只是来自IBM的Power架构的挑战，还有像中国的申威，以及ARM等等强敌都对英特尔在计算架构层面构成了不小的威胁。

　　英特尔深知，如果坚持维持现有CPU计算架构的话，那么在超算架构的市场当中，英特尔迟早会被淘汰掉的，当然不能坐以待毙了。在专用加速计算架构的研究过程当中，英特尔已经拥有了很长的研究历史了，采用的是庞大数量的小核心所组合起来的单一芯片架构，其实与申威、PEZY的作法相当类似，但是成本高，而能效也没有特别出色，导致使用率一直无法有效提高。

　　过去Xeon Phi在Top 500超算中的应用比例远低于NVIDIA，主要还是性能价格比较弱，及针对目前已经成为主流的AI加速应用的生态完整度还是有落差，英特尔期望能通过结合Nervana、Altera以及既有优势CPU技术的Spring Crest架构，确保其在服务器领域的优势地位能够维持下去。

　　写在最后

　　从本次的世界超算的“大比拼”当中我们可以发现，超级计算领域作为衡量一个国家技术发展水平的重要参考指标，在很大程度上代表了一个国家，一个产业的技术发展实力，这么说虽然有些狭义，但是计算性能的提升对于国家众多领域和行业技术水平的发展确实起着非同寻常的作用。

　　此外，除了硬件层面，在软件应用层面越来越多的国家也开始加大投入力度，软件能够赋予计算机声明，软件在众多行业当中的全面应用，能够协助产业的快速发展，从全局来看，超级计算水平的提升，对于推动人类向前发展，起着非常重要的作用。[返回频道首页]