全球超算現(xiàn)狀：美國算力為王，中國數(shù)量占優(yōu)

國際組織“TOP500”網(wǎng)站當(dāng)?shù)貢r間11月12日顯示，美國能源部下屬橡樹嶺國家實驗室開發(fā)的“頂點(diǎn)”(Summit)蟬聯(lián)冠軍，擴(kuò)大了領(lǐng)先優(yōu)勢。中國以227臺超算上榜的成績位居總數(shù)第一，較上期增加21臺，而且能效也有所提升。

從近幾年的情況看，中美超算“你追我趕”的態(tài)勢將持續(xù)下去。

美國算力為王，中國數(shù)量占優(yōu)

全球超級計算器500強(qiáng)榜單始于1993年，由國際組織“TOP500”編制，每半年發(fā)布一次，是給全球已安裝的超級計算器排座次的知名榜單。

在最新公布的榜單中“頂點(diǎn)”擴(kuò)大了領(lǐng)先優(yōu)勢，其處理器數(shù)量從228萬多個增加到近240萬個，浮點(diǎn)指令周期(PFLOPS)從半年前的每秒12.23億億次提升至每秒14.35億億次。“神威·太湖之光”的數(shù)據(jù)未發(fā)生變化，浮點(diǎn)指令周期依然為每秒9.3億億次，被上期排名第三、由美能源部下屬勞倫斯利弗莫爾國家實驗室開發(fā)的“山脊”(Sierra)超越，前10名中，美國占據(jù)5臺。

中國超算“神威·太湖之光”和“天河二號”分別位列第三、四名。

本次榜單中，美國超算上榜總數(shù)為109臺，創(chuàng)歷史新低。但在總運(yùn)算能力上，美國占比38%，中國占比31%，表明美國超算的平均運(yùn)算能力更強(qiáng)。

榜單還顯示，中國企業(yè)在全球十大超算制造商中占據(jù)了前三名，其中聯(lián)想以140臺名列冠軍，浪潮以84臺名列亞軍，中科曙光以57臺名列季軍。華為制造14臺，位列第八。

首次躋身超算十強(qiáng)的德國“超級MUC-NG“就由聯(lián)想公司制造。聯(lián)想公司稱，這臺安裝在萊布尼茨超算中心的超算采用了聯(lián)想開發(fā)的水冷技術(shù)，比氣冷技術(shù)節(jié)電45%。該超算用于天體物理學(xué)、流體動力學(xué)和生命科學(xué)等研究的同時，減少了碳排放和運(yùn)行總成本。

中國單芯片處理能力偏弱

2010年11月，經(jīng)過技術(shù)升級的中國“天河一號”曾登上榜首，但此后被日本超算趕超。2013年6月，“天河二號”從美國超算“泰坦”手中奪得榜首位置，并在此后3年“六連冠”，直至2016年6月被中國“神威·太湖之光”取代。今年6月，美國超算“頂點(diǎn)”超越“四連冠”的“神威·太湖之光”登頂。

“頂點(diǎn)”和“山脊”都由美國能源部下屬實驗室開發(fā)，架構(gòu)相似，但超越“神威·太湖之光”成為第二名的“山脊”，其處理器數(shù)量維持在157萬余個沒有增加，而浮點(diǎn)指令周期則由7.16億億次提升到9.46億億次。

美國超級計算器專家、田納西大學(xué)教授、超級計算器500強(qiáng)榜單的聯(lián)合制定者杰克·唐加拉(Jack Dongarra)對新華社記者說，這是由于“山脊”代碼得到優(yōu)化，重新運(yùn)行后實現(xiàn)了更優(yōu)秀的性能。相比而言，“神威·太湖之光”使用了近1065萬個自主研發(fā)的“申威”芯片，可見單個芯片性能尚存在一定差距。

最新榜單第四到第十名依次為：中國“天河二號”、瑞士“代恩特峰”、美國“三一”、日本“人工智能橋接云基礎(chǔ)設(shè)施”、德國“超級MUC-NG”及美國“泰坦”和“紅杉”。

另外，與廣達(dá)、華碩、臺灣大等三大企業(yè)共同組隊建造的新一代AI超級計算機(jī)主機(jī)“臺灣杉二號”，本次擠進(jìn)第20名，能源效率(Green500)排名名列第10名，為中國臺灣地區(qū)超級計算機(jī)入榜史上最佳成績。

中國在超級計算領(lǐng)域迅速崛起

《紐約時報》曾在6月26日題為《中國成超級計算器最高產(chǎn)國，建造速度遠(yuǎn)超美國》的報道指出，美國現(xiàn)在擁有全球最快的超級計算器。但2018年上半年的全球超級計算機(jī)500強(qiáng)榜單突顯出中國建造超級計算器的速度遠(yuǎn)超美國。

6月25日發(fā)布的榜單顯示，中國企業(yè)和政府制造的超級計算器在500強(qiáng)榜單中占206臺，逐漸成為最高產(chǎn)的超級計算器制造者。上榜的超級計算器中124臺由美國企業(yè)和政府設(shè)計與制造。美國多年主導(dǎo)超級計算器市場。

超級計算是中國在技術(shù)領(lǐng)域迅速崛起的步驟之一，引發(fā)了美國對中國的宏偉計劃和策略——以及這些進(jìn)步的潛在經(jīng)濟(jì)和地緣政治影響的擔(dān)憂。

在2017年秋天的一次評估中，美國國會的兩黨諮詢機(jī)構(gòu)美中經(jīng)濟(jì)安全審查委員會指出，超級計算是中國“政府齊心協(xié)力，實現(xiàn)主導(dǎo)先進(jìn)技術(shù)的宏偉計劃”的一部分。 俄勒岡大學(xué)研究中國科學(xué)政策的專家薩特邁耶(Richard Suttmeier)指出，中國的起步很慢，但現(xiàn)在在穩(wěn)步推進(jìn)。中國真正開始發(fā)展超級計算是十年前。最初吸收外國技術(shù)，然后逐步發(fā)展自己的技術(shù)。

超級計算器技術(shù)偶爾會成為美國與中國之間的貿(mào)易問題。比如2015年，華盛頓拒絕向英特爾頒發(fā)許可證，致使其無法向中國的四個超級計算器實驗室出售微處理器芯片。華盛頓稱這四家超級計算器中心是在為中國軍方研發(fā)技術(shù)。

中國超算走向“綠色”

不過，超級計算器專家稱，這項出口禁令促使中國加快了自己的發(fā)展速度。

“中國吸取的教訓(xùn)是，不能依靠美國。”唐加拉教授說，“他們正在嘗試用中國自己的技術(shù)取代所有西方技術(shù)。”

在上半年的500強(qiáng)榜單中排名前五的制造商中，中國公司占三家。聯(lián)想第一、浪潮第三、中科曙光第五?；叟c(Hewlett-Packard Enterprise)和克雷(Cray)這兩家美國公司分列第二和第四。

近年來，超算更加強(qiáng)調(diào)綠色節(jié)能，中國的進(jìn)步也可圈可點(diǎn)。兩臺由中科曙光開發(fā)的超算進(jìn)入了按能效排名的“綠色超算500強(qiáng)”前10名。

2015年底到2016年底，中國超算曾三次進(jìn)入“綠色超算”十強(qiáng)，此后該排名一直由日本、美國和瑞士等國占據(jù)。最新公布的榜單中，排名第一的是日本的“菖蒲系統(tǒng)B”，中科曙光的HKVDP系統(tǒng)和“先進(jìn)計算系統(tǒng)Pre-E”分列第六和第十名。

中美兩國在超級計算器領(lǐng)域“你超我趕”的形勢仍在繼續(xù)。唐加拉認(rèn)為，非量子計算框架下的超級計算器算力仍有增長潛力，“并沒有受到限制，我們還在不斷升級”。

超級計算器的“下一頂皇冠”將是E級超算，即每秒可進(jìn)行百億億次運(yùn)算的超級計算器。要實現(xiàn)這一目標(biāo)，超算系統(tǒng)規(guī)模、擴(kuò)展性、成本、能耗、可靠性等方面均面臨挑戰(zhàn)。據(jù)有關(guān)人士介紹，中科曙光本周將在達(dá)拉斯舉辦的超算大會上推出新產(chǎn)品，為實現(xiàn)E級計算奠定基礎(chǔ)。今年5月在天津舉辦的第二屆世界智能大會上，中國國家超算天津中心也展示了新一代E級超算“天河三號”原型機(jī)。