中國太湖之光VS美國Summit 超算和我們有關(guān)嗎？

　　2018年6月8日，美國能源部橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室宣布，造出了目前世界上最快的超級計算機，叫“Summit”(頂點(diǎn))。頂點(diǎn)的出現取代了之前排在超算500強排行榜首位的中國的神威太湖之光。

　　估計很多人和之前的小編一樣，看到這樣的新聞和排名“無(wú)感”，首先覺(jué)得超算離我們的生活太遙遠，太過(guò)高大上。其次覺(jué)得這個(gè)排名有那么重要嗎?就算中國排名第一了，又能改變什么呢?能改變中國芯片落后的現實(shí)嗎?

　　超算“超”在哪里?

　　很多人想當然認為超級計算機計算得那么快，比個(gè)人電腦快成千上萬(wàn)倍?是因為超算用了一個(gè)比個(gè)人電腦的芯片快成千上萬(wàn)倍的芯片。其實(shí)不是這樣的，世界上沒(méi)有這樣的芯片。

　　實(shí)際的辦法是，超算用了很多個(gè)芯片，讓它們同時(shí)執行任務(wù)，而單個(gè)芯片的性能跟個(gè)人電腦的芯片是差不多的。用科學(xué)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，這叫做“并行計算”，這是高性能計算的基本思路。

　　那是不是用了n個(gè)芯片，計算速度就是單個(gè)芯片的n倍嗎?當然不是。實(shí)際上，要讓多個(gè)芯片同時(shí)干事，就必須首先給它們劃分好任務(wù)，這個(gè)任務(wù)劃分是要消耗時(shí)間的。然后，當各個(gè)芯片開(kāi)始計算之后，還不時(shí)地要和其他芯片交換數據，這個(gè)數據通信也是要消耗時(shí)間的。因此，計算速度的增長(cháng)，總是低于芯片數的增長(cháng)。超算的速度與單個(gè)芯片速度的比值，稱(chēng)為加速比，加速比總是低于芯片數的。

　　當芯片很多的時(shí)候，任務(wù)劃分和數據通信會(huì )變成瓶頸因素，這些負擔的增加會(huì )抵消芯片增加的好處，因此加速比會(huì )達到飽和，不再上升。由此可見(jiàn)，芯片并不是越多越好的，一臺超算能夠容納下多少芯片，并不是取決于有多少錢(qián)能用來(lái)買(mǎi)芯片，而是取決于系統架構。所以，芯片和超算架構都是核心技術(shù)!值得一提的是，神威太湖之光用的芯片是中國自己生產(chǎn)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。

　　超算有什么用?

　　超算既然這么厲害，那它到底有什么用?和我們的生活有什么聯(lián)系?

　　超算的用途非常廣泛，因為現在有太多的領(lǐng)域可以用計算來(lái)模擬了。例如空氣動(dòng)力學(xué)，這對飛機和汽車(chē)的設計都是非?；镜?。大家知道飛機和汽車(chē)需要吹風(fēng)洞，超算模擬就相當于吹一個(gè)數值的風(fēng)洞。又如氣象預測，你想知道颶風(fēng)的移動(dòng)軌跡嗎?超算告訴你。又如宇宙的演化，你想知道銀河系是怎么變成現在這個(gè)樣子的，以后會(huì )變成什么樣嗎?超算告訴你。有一個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域叫做理論與計算化學(xué)，這個(gè)學(xué)科的主要內容就是用計算來(lái)預測分子的結構、材料的性質(zhì)，那么超算的用處就更是一目了然了!

　　在超算業(yè)界，有一個(gè)最高級的獎項叫做戈登·貝爾獎(GordonBellPrize)，是授予最杰出的高性能計算應用的，每年頒發(fā)一次。理所當然地，獲得戈登·貝爾獎的應用，一般都是在最快的超算上運行的。2016年和2017年，中國連續兩次獲得這個(gè)戈登·貝爾獎，獲獎的應用分別叫做“千萬(wàn)核可擴展大氣動(dòng)力學(xué)全隱式模擬”和“非線(xiàn)性地震模擬”，它們用的都是神威太湖之光。

　　如何看待太湖之光和Summit(頂點(diǎn))

　　超級計算機“頂點(diǎn)”由一排排電冰箱大小的黑色模塊單元構成，總重340噸。這臺計算機是由IBM總包設計建設，采用了9216顆IBM Power9處理器和27648顆Nvidia Volta的GPU加速器，是第一臺基于A(yíng)I打造的超級計算機?！绊旤c(diǎn)”浮點(diǎn)運算速度峰值達每秒20億億次(200PFlops)，性能超過(guò)中國“神威·太湖之光”(浮點(diǎn)運算峰值每秒12.5億億次)約60%。

　　現在，超級計算機競賽正朝著(zhù)下一個(gè)里程碑進(jìn)行： exascale計算(百萬(wàn)兆級的計算)。在中國和美國之間的技術(shù)領(lǐng)先地位的日益激烈競爭中，達到“百萬(wàn)兆級”里程碑是相互間較量的一部分。為了提高超級計算機的性能，世界各地的研究百萬(wàn)兆級計算機操作系統的工程師都在使用并行機制，這需要工程師們將成千上萬(wàn)的芯片封裝到數百萬(wàn)個(gè)被稱(chēng)為“核心”的處理單元中。要想讓這些計劃都變成現實(shí)，需要耗費大量時(shí)間來(lái)做實(shí)驗。

　　事實(shí)上，美國這次奪冠，對于業(yè)內人士來(lái)說(shuō)絲毫不意外，因為這些研究項目都是公開(kāi)的，幾年以前大家就都知道了。中國也正在發(fā)展下一代的超算，如果順利的話(huà)，可能在不久之后又會(huì )重回第一的位置，并且把超算速度從現在的每秒十億億次提高到百億億次的量級。每秒計算百億億次的超算，稱(chēng)為E級超算，是現在全世界攻關(guān)的下一級臺階。

　　超算這么有技術(shù)含量、又這么有用的技術(shù)，那么無(wú)論哪個(gè)國家取得進(jìn)步，對全人類(lèi)來(lái)說(shuō)都是好事，都是值得肯定的。