全球超算500強(qiáng)出爐 中國繼續(xù)位列第一 超級計(jì)算機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

• 2019年6月18日 ZhangHongYuan來源：互聯(lián)網(wǎng) 579 32
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全球超算500強(qiáng)出爐 中國繼續(xù)位列第一 超級計(jì)算機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

全球超級計(jì)算機(jī)評估組織TOP500.org公布的2019年6月最新榜單中，中國部署的TOP500超算數(shù)量繼續(xù)位列世界第一，數(shù)量為219臺(tái)。

TOP500.org6月17日表示，2019年6月榜單是TOP500榜單26年歷史中又一個(gè)全新里程碑：上榜的500臺(tái)超級計(jì)算機(jī)HPL基準(zhǔn)測試成績?nèi)吭竭^1PetaFLOPS，也就是說全球最強(qiáng)的500臺(tái)超級計(jì)算機(jī)全部達(dá)到了一千萬億次每秒的浮點(diǎn)運(yùn)算能力。在這其中，聯(lián)想制造的超級計(jì)算機(jī)數(shù)量由上期榜單的140臺(tái)提升至173臺(tái)，遠(yuǎn)超其他同行業(yè)廠商。

作為人工智能、空氣動(dòng)力、大氣科學(xué)、能源科學(xué)等技術(shù)的建筑材料與動(dòng)力，性能更強(qiáng)、更高效的超級計(jì)算機(jī)是全球研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)與公司正在追求的目標(biāo)。TOP500發(fā)布的榜單顯示，中國與美國的科技公司與組織不僅建造了全部TOP500的超級計(jì)算機(jī)，同時(shí)也部署了全球最多的超級計(jì)算機(jī)。從數(shù)量上來看，中國擁有219臺(tái)超算，美國擁有116臺(tái);中國公司聯(lián)想、浪潮和曙光是全球最大的三家超算供應(yīng)商，分別交付了173臺(tái)、71臺(tái)與63臺(tái)Top500超級計(jì)算機(jī)。美國公司惠普、克雷、Bull等位列之后。

超級計(jì)算機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

技術(shù)創(chuàng)新

美國勞倫斯·利弗莫爾(Lawrence Livermore )國家實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，由IBM設(shè)計(jì)的藍(lán)色基因/L在測試中以每秒 136.8兆的計(jì)算速度記錄一個(gè)高峰值之后恢復(fù)了最高點(diǎn)。IBM稱，在一次完整的過程中, 系統(tǒng)應(yīng)該有兩倍的動(dòng)力,即峰值表現(xiàn)超過360 teraflops。

來自德國和美國的研究人員，每年兩次頒布動(dòng)力最為強(qiáng)大的500個(gè)計(jì)算機(jī)的名單。最近的名單出現(xiàn)在德國海德堡舉行的國際超級計(jì)算機(jī)會(huì)議上。這些高端計(jì)算機(jī)都是由各種奇特的制造方法完成，而不是由標(biāo)準(zhǔn)成分組成的。盡管這樣，計(jì)算機(jī)也可以達(dá)到一個(gè)極高的速度。

過去兩年，多數(shù)接近最高的500個(gè)名單的計(jì)算機(jī)是由普通的電腦硬盤連同新奇的軟件組成。但是現(xiàn)在情況不同了，一些系統(tǒng)開始決定這些排名。舉例來說,冠軍藍(lán)色基因/L, 是經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，同時(shí)合并了空前的 65,536 個(gè)人處理器,再加之可升級的模版設(shè)計(jì)。此系統(tǒng)不但比傳統(tǒng)的系統(tǒng)更有動(dòng)力而且也比較緊湊避免了供電不足。IBM 的湯姆斯J 沃森研究中心設(shè)計(jì)的被稱為BGW的藍(lán)色基因機(jī)器是本次500名單中的第二名，這進(jìn)一步說明了此設(shè)計(jì)理念的正確性。這一系統(tǒng)與藍(lán)色基因/L的模組設(shè)計(jì)一樣，只是有較小的處理器并且只可以記錄 91.2 teraflops 峰值處理動(dòng)力。

中國國家863軟件專業(yè)孵化器(昆明)基地積極加強(qiáng)與由美國國家工程院院士、美國藝術(shù)與科學(xué)院院士、世界超級渦輪式刀片計(jì)算機(jī)之父博士陳世卿領(lǐng)銜的超級計(jì)算核心技術(shù)和科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的合作，計(jì)劃引進(jìn)其擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的具有世界領(lǐng)先技術(shù)的超級計(jì)算機(jī)以及相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域的解決方案，利用超級計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算、事務(wù)處理和信息服務(wù)能力，借助其提供信息服務(wù)的強(qiáng)大引擎或平臺(tái)，整合資源，協(xié)同作業(yè)，解決污染整治對算法、方程、建模、模擬等復(fù)雜計(jì)算的需求。

億億級

美國國防部高級研究計(jì)劃局(Darpa)正在緊鑼密鼓地研制億億級(exascale，10的16次方)超級計(jì)算機(jī)，該 計(jì)算機(jī)每秒能夠進(jìn)行億億次(exaflop)浮點(diǎn)運(yùn)算，其運(yùn)行速度將是目前世界上運(yùn)算速度最快的計(jì)算機(jī)Jaguar(美洲豹)的1000倍左右。 Darpa在聲明中指出，該研究計(jì)劃的最終目標(biāo)是“讓計(jì)算機(jī)徹底改頭換面”。

據(jù)BBC報(bào)道，目前，美國能源部橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的超級計(jì)算機(jī)Jaguar的運(yùn)算速度為每秒1.75千兆次(petaflop，1千兆次即每秒進(jìn)行10的15次方次浮點(diǎn)運(yùn)算)。

Darpa已經(jīng)授權(quán)英特爾公司、英偉達(dá)公司、麻省理工學(xué)院、桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室等攜手打造該超級計(jì)算機(jī)，Darpa預(yù)計(jì)原型機(jī)將于2018年研制成功。

Darpa表示，新超級計(jì)算機(jī)主要用于分析軍事設(shè)備和傳感器產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)。新研究項(xiàng)目名為“普適高性能計(jì)算(UHPC)”，旨在沖破摩爾定律的藩籬。

另據(jù)英特爾公司的網(wǎng)站報(bào)道，英特爾將聯(lián)合法國研究機(jī)構(gòu)，建立歐洲Exascale研發(fā)中心，共同研發(fā)exaflop級別的超級計(jì)算機(jī)。

早在2006年，日本文部科學(xué)省就開始致力研制新一代超級計(jì)算機(jī)，希望于2012年率先研制出億億級超級計(jì)算機(jī)，預(yù)定的研發(fā)費(fèi)用為1230億日元。

讓超級計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度達(dá)到每秒億億次不僅僅是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑，它也將讓很多學(xué)科躍上新的高度;讓科學(xué)家和醫(yī)生更好地理解海量數(shù)據(jù);讓科學(xué)家研 發(fā)出新的技術(shù)來使云計(jì)算達(dá)到一定的規(guī)模，使龐大的分布式計(jì)算機(jī)能夠模擬現(xiàn)實(shí);幫助研究人員創(chuàng)建三維立體可視圖像而非視頻游戲來運(yùn)行無窮無盡的假定推測情 景，以此增加細(xì)節(jié)的精確度，正如電影《星際迷航系列》中的“全息甲板”等。

億億級超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也將在高清晰氣候模型的設(shè)計(jì)和制造、生物能源產(chǎn)品的研制、智能柵格的研發(fā)以及熔解能源的設(shè)計(jì)等方面大顯身手。

降低能耗和改進(jìn)軟件設(shè)計(jì)是關(guān)鍵

億億級超級計(jì)算機(jī)的能耗成為研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)，IBM公司深度計(jì)算部門的副總裁戴夫·特瑞克在超級計(jì)算機(jī)大會(huì)上表示，Jaguar超級計(jì)算機(jī)耗能7兆瓦。 一臺(tái)只配置中央處理器處理核心的億億級超級計(jì)算機(jī)耗能約20億瓦特，相當(dāng)于一個(gè)中等規(guī)模的原子能核工廠的耗能，降低能耗將成為研究人員考慮的要點(diǎn)。

據(jù) BBC報(bào)道，美國軍方授權(quán)研制新一代超級計(jì)算機(jī)的廠商也需要研制出一種全新的節(jié)能芯片，以減少超級計(jì)算機(jī)的能耗，也有公司考慮使用將加速器與中央處理器相 結(jié)合的混合方式來達(dá)到降低能耗的目的。布蘭德強(qiáng)調(diào)說，使用加速器是實(shí)現(xiàn)億億級計(jì)算機(jī)可行性戰(zhàn)略的關(guān)鍵所在，應(yīng)用軟件可以利用加速器來首先邁進(jìn)億億級計(jì)算的 “大門”。另外，有專家認(rèn)為，億億級超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心處理器的數(shù)量大概在1000萬到1億個(gè)之間。特瑞克強(qiáng)調(diào)說，運(yùn)行這么多核心的系統(tǒng)有可能頻繁出現(xiàn)故障，必須采取更加靈活有效的方式來重新設(shè)計(jì)解決這些問題的應(yīng)用工具。

美國軍方正在著力研發(fā)全新的計(jì)算架構(gòu)和編程模式，解決傳統(tǒng)計(jì)算架構(gòu)遭遇的能源使用問題和計(jì)算擴(kuò)展限制問題。Darpa指出，新超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)比現(xiàn)有系統(tǒng)“能效高100倍至1000倍，而且性能更高，并且相應(yīng)的軟件編程也比現(xiàn)有的超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更容易”。

也有研究人員提出，讓超級計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)盡可能簡單是關(guān)鍵，目前的很多超級計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)都很簡單，比如，IBM公司的“紅杉”超級計(jì)算機(jī)的大小只有一個(gè)上網(wǎng)本的一半，而且也沒有暴露在外面的電線。

美國勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)技術(shù)部門助理副主管馬克·西格也強(qiáng)調(diào)說，設(shè)計(jì)簡潔是關(guān)鍵，億億級超級計(jì)算機(jī)的部件可能比目前的超級計(jì)算機(jī)要少，IBM公司 的藍(lán)色基因L超級計(jì)算機(jī)(Blue Gene/L)嵌制了動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器、電壓調(diào)控模組以及千兆位以太網(wǎng)，但是，其設(shè)計(jì)也非常簡潔。

新一代超級計(jì)算機(jī)的成本可能非常高，目前的超級計(jì)算機(jī)的成本高達(dá)1億美元，即使exascale級超級計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行工業(yè)化的生產(chǎn)，其成本可能為10億美元左右，這可是一筆巨大的投資。

2016年7月26日，從我國首臺(tái)千萬億次超級計(jì)算機(jī)“天河一號”所在的國家超算天津中心獲悉，由該中心同國防科技大學(xué)聯(lián)合開展的我國新一代百億億次超級計(jì)算機(jī)樣機(jī)研制工作已經(jīng)啟動(dòng)。在樣機(jī)破解關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)上，下一階段將開展具體超算研發(fā)，屆時(shí)它將成為國內(nèi)自主化率最高的超算。

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