美國(guó)能源部下屬橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）近日發(fā)布了新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)“頂點(diǎn)”（Summit），其浮點(diǎn)運(yùn)算速度峰值達(dá)每秒20億億次(200PFlops)，性能超過(guò)此前世界最強(qiáng)的中國(guó)超算“神威·太湖之光”（浮點(diǎn)運(yùn)算峰值每秒12.5億億次）約60%，將幫助美國(guó)問(wèn)鼎闊別近5年之久的全球超算500強(qiáng)榜單。

超算技術(shù)長(zhǎng)期來(lái)被視為一個(gè)國(guó)家創(chuàng)新能力乃至綜合國(guó)力的象征，在諸如天氣預(yù)報(bào)、生命科學(xué)的基因分析、核工業(yè)、軍事、航天等高科技領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，因此也成為大國(guó)角力的擂臺(tái)，當(dāng)前競(jìng)爭(zhēng)趨向白熱化。

不過(guò)，美國(guó)“頂點(diǎn)”即將引領(lǐng)的是十億億次級(jí)別的爭(zhēng)奪，而百億億次的“E級(jí)超算”被公認(rèn)為“超算界的下一頂皇冠”，目前中、美、歐、日四強(qiáng)正在卯足勁向這一目標(biāo)沖刺。

之前，我國(guó)在國(guó)家超算天津中心發(fā)布我國(guó)新一代百億億次（1000PFlops）超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河三號(hào)”原型機(jī)，目前其綜合運(yùn)算能力與‘天河一號(hào)’相當(dāng)，該原型機(jī)將于年底正式投入使用。完整版的“天河三號(hào)”將在2020年交付，在進(jìn)度上比對(duì)手暫時(shí)領(lǐng)先。

時(shí)隔5年，美國(guó)將重奪最強(qiáng)超算寶座

橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室稱，“頂點(diǎn)”使用了4608個(gè)計(jì)算服務(wù)器，每個(gè)計(jì)算服務(wù)器中又含有兩個(gè)IBM公司生產(chǎn)的22核Power9處理器和6個(gè)英偉達(dá)公司生產(chǎn)的Tesla V100圖形處理單元加速器。使其浮點(diǎn)運(yùn)算速度峰值可達(dá)每秒20億億次(200PFlops)。

此前，在2017年年底公布的全球超算500榜單中，中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)“神威·太湖之光”位于榜首，其浮點(diǎn)運(yùn)算速度峰值可達(dá)每秒12.5億億次(125PFlops)，持續(xù)運(yùn)算速度為每秒9.3億億次(93.9PFlops)。

美國(guó)能源部長(zhǎng)里克·佩里說(shuō)，“頂點(diǎn)”超算將給能源研究、科學(xué)發(fā)現(xiàn)、經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力和國(guó)家安全帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。

橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)稱，“頂點(diǎn)”將為能源、先進(jìn)材料、人工智能等領(lǐng)域的研究提供前所未有的運(yùn)算能力，并列舉天體物理學(xué)、材料學(xué)、癌癥監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)生物學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家評(píng)論，暗示有望給這些領(lǐng)域的研究帶來(lái)突破。

橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)負(fù)責(zé)人托馬斯·扎卡里亞（Thomas Zacharia）表示，橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)從75年前成立伊始，就確立了解決國(guó)家層面重大難題的文化和傳統(tǒng)，1988年，實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們完成了首次G浮點(diǎn)（gigaflops）運(yùn)算，1998年完成了首次T浮點(diǎn)（teraflops）運(yùn)算，2008年完成了首次P浮點(diǎn)（petaflops）運(yùn)算，2018年又完成了首次exaops計(jì)算。實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家和工程師們的開(kāi)拓性研究在美國(guó)歷史上發(fā)揮了關(guān)鍵作用，并將繼續(xù)影響未來(lái)。我們期待科研用戶使用“頂點(diǎn)”進(jìn)行研究，也將繼續(xù)謀求在科研領(lǐng)域再領(lǐng)先75年。

“E級(jí)超算賽跑”中國(guó)暫時(shí)領(lǐng)先

不過(guò)，速度達(dá)到百億億次級(jí)別的E級(jí)超算才被公認(rèn)是“超算界的下一頂皇冠”，目前，中、美、歐、日都在向這個(gè)目標(biāo)全力沖刺，中國(guó)在進(jìn)度上暫時(shí)處于領(lǐng)先位置。

國(guó)家超算天津中心當(dāng)日對(duì)外展示了我國(guó)新一代百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河三號(hào)”原型機(jī)，這也是該原型機(jī)首次正式對(duì)外亮相。據(jù)介紹，“天河三號(hào)”原型機(jī)將于今年6月部署，年底正式投入使用。

“天河三號(hào)”型機(jī)由三組機(jī)柜組成，每組機(jī)柜高2米左右，通身黑色，機(jī)身上嵌有藍(lán)綠兩條醒目的彩條，在彩條中間，“天河”兩個(gè)字異常醒目。

“‘天河三號(hào)’原型機(jī)采用全自主創(chuàng)新，自主飛騰CPU，自主天河高速互聯(lián)通信，自主麒麟操作系統(tǒng)，其綜合運(yùn)算能力與‘天河一號(hào)’相當(dāng)。”天津超算中心應(yīng)用研發(fā)部副部長(zhǎng)夏梓峻介紹說(shuō)。

夏梓峻表示，“天河三號(hào)”原型機(jī)將于今年6月部署在天津超算中心，年底將正式上線投入使用。“原型機(jī)的作用是為了驗(yàn)證‘天河三號(hào)’的技術(shù)路線。”

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“高性能計(jì)算”重點(diǎn)專項(xiàng)總體專家組組長(zhǎng)錢(qián)德沛教授表示，首套百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)預(yù)計(jì)將在2020年交付。

“‘天河一號(hào)’的運(yùn)算能力已經(jīng)飽和，而‘天河三號(hào)’的運(yùn)算能力是‘天河一號(hào)’的200倍，存儲(chǔ)規(guī)模是‘天河一號(hào)’的100倍（使用全新的國(guó)產(chǎn)Matrix 2000加速器）。計(jì)算密度、單塊計(jì)算芯片計(jì)算能力、內(nèi)部數(shù)據(jù)通信速率等方面也將得到極大提升。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)在同時(shí)啟動(dòng)了三大百億億次超算研發(fā)，分別是國(guó)防科大/天津超算中心的天河三號(hào)、中科曙光的E級(jí)超算以及江南所/濟(jì)南超算中心的神威E級(jí)。以上三套百億億次超算中，有一條要求是共同的，那就是核心處理器必須是國(guó)產(chǎn)的，神威·太湖之光上已經(jīng)用了國(guó)產(chǎn)申威SW26010處理器。

目前，全球有多個(gè)國(guó)家正競(jìng)相研發(fā)E級(jí)超算。中國(guó)計(jì)劃于2020年推出首臺(tái)E級(jí)超算；美國(guó)能源部啟動(dòng)了“百億億次計(jì)算項(xiàng)目（Exascale Computing Project）”，希望于2021年至少交付一臺(tái)E級(jí)超算，其中一臺(tái)的名字為“極光（Aurora）”，初步規(guī)劃峰值運(yùn)算能力超過(guò)每秒130億億次，內(nèi)存超過(guò)8PB，系統(tǒng)功耗約為40MW。

美國(guó)在下一代超算技術(shù)方面的研發(fā)總投入將達(dá)到4.3億多美元，用美國(guó)能源部部長(zhǎng)里克·佩里的話說(shuō)，這些資金就是劍指“下階段研發(fā)百億億次系統(tǒng)的全球競(jìng)賽”。

此外，歐盟預(yù)計(jì)于2022年—2023年交付首臺(tái)E級(jí)超算，使用的是美國(guó)、歐盟處理器，架構(gòu)有可能類(lèi)似ARM；日本發(fā)展E級(jí)超算的“旗艦2020計(jì)劃”由日本理化所主導(dǎo)，完成時(shí)間也設(shè)定在2020年。