第57版世界TOP500超算排名公布，中國數(shù)量第一，美國算力第一

近日，在德國法蘭克福舉行的國際超級計算大會上，2021第57版世界TOP500超級計算機排名正式公布，在Top10排名中，日本理化學研究所和富士通共同推進開發(fā)的超級計算機富岳（Fugaku）再次奪冠，第二和第三名均為美國的超級計算機，中國的神威·太湖之光超級計算機位列第4位，天河2A位列第6位。

與2020年11月份發(fā)布的第56版相比，Top10排名變化很小，只有一個新入圍者，那就是來自美國新能源部勞倫斯伯克利國家實驗室的Perlmutter系統(tǒng)。該超級計算機基于HPE Cray“Shasta”平臺和由GPU加速器和CPU節(jié)點組成的異構系統(tǒng)，實現(xiàn)了64.6 Pflop/s，它在新排名中位列第5。

盡管前十名榜單變化不大，但是從整體排名來看，還是能發(fā)現(xiàn)一些重要的趨勢。

首先就是采用AMD處理器的超級計算機顯著增加，比如剛入選TOP10榜單的Perlmutter就是在用的AMD EPYC 7763處理器，排在第6的Selene也采用了AMD EPYC 7742。

另一個是，近些年來，異構計算在超級計算機中使用越來越多，且大多數(shù)采用了NVIDIA的GPU或英特爾基于X86的Xeon Phi作為協(xié)處理器。在今年的TOP500中，共有145個系統(tǒng)采用了加速器/協(xié)同處理器技術，與第56版的147個相比，有所下降。其中有96個系統(tǒng)適用了NVIDIA Volta芯片，26個使用了NVIDIA Ampere芯片，9個使用了NVIDIA Pascal系統(tǒng)。

英特爾處理器在超級計算機中的份額仍然最高，為86.2%，但低于第56版的91.8%。此外，名單中有49個系統(tǒng)使用了AMD的處理器，高于之前的4.2%。

TOP500排名是針對全球已知最強大的電腦系統(tǒng)做出的排名，該計劃始于1993年，并且一年出版兩次最新的超級計算機排名表。每年的第一次排名公布于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月份的超級計算機會議上。

TOP500的排名表是由德國曼海姆大學的Hans Meuer、美國田納西大學諾克斯維爾分校的Jack Dongarra以及美國勞倫斯伯克利國家實驗室的Erich Strohmaier與Horst Simon等人共同匯編的。

圖：不同國家和地區(qū)的超級計算機數(shù)量和算力排行

下面我們來看看這些超級計算機：

富岳

富岳（Fugaku）是由日本理化學研究所和富士通共同開發(fā)的超級計算機，是“京”的后繼機型。它在2014年就開始研發(fā)，2021年正式激活。富岳部署在兵庫縣神戶市中央?yún)^(qū)港灣人工島上的理化學研究所計算科學研究中心內，其運算能力為京的100至120倍，耗電為30兆瓦至40兆瓦，京的耗電為12.7兆瓦。其實，“富岳”是富士山的別稱。

富岳是全球首度奪冠的ARM架構超級電腦，采用富士通48核心A64FX SoC，與過往超級計算機大多采用的Intel或AMD的x86、x64主流平臺不同。富岳擁有 7,630,848 個內核，在HPL標準下算力為442Pflop/s，這樣的性能表現(xiàn)超過了排名第二的美國Summit超級計算機的3倍。

恐怖的是其峰值性能可達到1 exaFLOPS（1,000 petaFLOPS）。而且它除了在Linpack中拿到好成績，也在新的HPL-AI基準測試中獲得了2 exaFLOPS的好成績。

2020年6月23日，富岳正式獲認證，以415 PFLOPS計算速度成為TOP500排名第一的超級計算機。之后同年11月17日發(fā)表的TOP 500排行榜成功蟬聯(lián)第一。如今又再次奪冠。

Summit超級計算機

Summit超級計算機（中文有翻譯頂點，或者高峰），實驗室代號“OLCF-4”，是IBM為美國能源部旗下橡樹嶺國家實驗室開發(fā)建造的超級計算機。機組于2018年6月8日落成，理論運算能達200 PFLOPS（浮點運算速度每秒20億億次），超過峰值運算性能125 PFLOPS的神威·太湖之光，2018年6月25日正式獲TOP500認證為全球最快的超級計算機。隨后被富岳超越。但仍然是美國最快的超計算機。

Summit在 HPL 基準測試中的性能為 148.8 Pflop/s，在全球排名第二。Summit 有 4,356 個節(jié)點，每個節(jié)點使用的是與泰坦類似的CPU+GPU異構計算架構，包含兩顆Power9 CPU（每顆CPU有 22個內核），以及6塊NVIDIA Tesla V100 GPU組成。這些節(jié)點通過 Mellanox 雙軌 EDR InfiniBand 網(wǎng)絡鏈接在一起。

Sierra超級計算機

Sierra，代號ATS-2，是IBM為美國能源部下屬的勞倫斯利佛摩國家實驗室建造的超級計算機，由美國國家核安全局管理，也是該局的第二套“先進技術系統(tǒng)”（Advanced Technology System，ATS），本機組與橡樹嶺國家實驗室的高峰使用幾乎相同的架構。

Sierra的運算節(jié)點采用IBM的Witherspoon S922LC OpenPOWER主機，每臺主機中配備IBM POWER9 CPU配以NVIDIA Tesla V100運算加速卡，CPU和加速卡之間使用NVLink連接，每顆CPU配以兩塊運算加速卡，不過原始計劃里是每顆CPU配以三塊運算加速卡。節(jié)點之間的連接采用EDR InfiniBand。

神威·太湖之光超級計算機

神威·太湖之光超級計算機（Sunway TaihuLight）是由國家并行計算機工程技術研究中心研制、安裝在國家超級計算無錫中心的超級計算機，搭載了40960個中國自主研發(fā)的“申威26010”眾核處理器，該眾核處理器采用64位自主申威指令系統(tǒng)，峰值性能為12.54京次/秒，持續(xù)性能為9.3京次/秒。（1京為1億億）

神威·太湖之光超級計算機由40個運算機柜和8個網(wǎng)絡機柜組成。每個運算機柜比家用的雙門冰箱略大，打開柜門，4塊由32塊運算插件組成的超節(jié)點分布其中。每個插件由4個運算節(jié)點板組成，一個運算節(jié)點板又含2塊“申威26010”高性能處理器。一臺機柜就有1024塊處理器，整臺“神威·太湖之光”共有40960塊處理器。每個單個處理器有260個核心，主板為雙節(jié)點設計，每個CPU固化的板載內存為32GB DDR3-2133。

2020年7月，中國科大在“神威·太湖之光”上首次實現(xiàn)千萬核心并行第一性原理計算模擬。

天河二號超級計算機

天河二號（簡稱：TH-2），是一組由國防科技大學研制的異構超級計算機，為天河一號超級計算機的后繼機型。天河二號的組裝和測試由國防科技大學和浪潮集團來負責，于2013年底入駐位于廣東省廣州市的中山大學廣州校區(qū)東校園內的國家超級計算廣州中心并進行驗收，2013年底交付使用后對外開放接受運算項目任務，用于實驗、科研、教育、工業(yè)等領域。

天河二號造價達一億美元，整個系統(tǒng)占地面積達720平方米。它于2013年6月起至2016年6月之前，為世界上最快的超級計算機。目前，天河二號由國防科技大學和中山大學共同使用和維護。

天河二號的處理器是英特爾的Xeon E5-2692v2 12核心處理器，基于英特爾Ivy Bridge微架構（Ivy Bridge-EX核心），采用22納米制程，峰值性能0.2112TFLOPS。

運算加速使用基于英特爾集成眾核架構的Xeon Phi 31S1P協(xié)處理器，運行時鐘頻率為1.1GHz，擁有57個x86核心（實際上擁有61個核心，因激活全部核心時會存在運算周期協(xié)調沖突之問題，因此先遮蔽4個x86核心），每個x86核心借由特殊的超線程技術能運作4個線程，產(chǎn)生峰值性能為1.003TFLOPS。

不過基于美國商務部限制中國超級計算機采購美國器件，我國在2017年開始使用自主研發(fā)的Matrix-2000代替Xeon Phi作為協(xié)處理器的升級計劃。

結語

在TOP500榜單中，盡管其中中國超級計算機的絕對數(shù)量還是遙遙領先，但是由上一次的212變?yōu)楝F(xiàn)在186臺，相應的，美國則由上一次的113臺增至如今的123臺。尚不清楚是否是由于芯片供應問題導致的負面效應。

但在綜合性能指標上，來自美國的超級計算機仍然處于領先，目前總算力達到了856.8Pflop/s，而中國則為445.3Pflop/s。