日本欲重奪超算第一的行動初見端倪，近日，富士通等研究機構已經開始對下一代超算Post-K進行原型CPU的實地測試，研究者稱，這臺超算的應用性能將是前一代的100倍，達到百億億次級，計劃在2021年推出。

日本計算機巨頭富士通（Fujitsu）和日本最大的研究機構理化學研究所（RIKEN，簡稱理研）已經開始對下一代超級計算機的原型CPU進行實地測試，他們任務這款CPU將使日本在超級計算機的全球排名中重回領先地位。

這臺下一代超級計算機被稱為“Post-K超級計算機”（Post-K supercomputer），是繼兩家合作機構開發出8 petaflops的“京”超級計算機（K Computer）之后開發的。“京”自2012年開始在理化學研究所內運行，并已經升級到11 petaflops的峰值性能。2014年11月，全部組裝完成后的京LINPACK性能達到10 PFLOPS（即每秒1京），創下了10.51 PFLOPS的紀錄。京是首個達到10 PFLOPS性能的超算。

富士通在最近的一份新聞稿中稱，他們目標是“創造出世界上最高性能的超級計算機”，“其應用執行性能是京超級計算機的100倍”。他們計劃在2021年前后在屬于政府的理研中心安裝這臺加強型機器。

如果他們實現了這一執行速度，那么Post-K超算將進入百億億次級別（exascale），1 exaflops表示每秒一佰京/一億億億（1018）次浮點運算。

Post-K超級計算機的原型單元包含2個Arm8A-SVE水冷CPU

為此，他們用Arm8A-SVE（可伸縮矢量擴展）512-bit架構取代了京超算的SPARC64 VIIIfx CPU，該架構已被增強為超級計算機使用，富士通和理研都參與了開發。

Post-K超算原型機的CPU package和CPU內存單元

新的設計在CPU上運行，計算節點具有48個核心和2個輔助核心，I/O及計算節點有48個核心外加4個輔助核心。系統結構每個節點使用1個CPU， 384個節點組成一個機架。

出于戰略原因，富士通和理研都沒有透露Post-K超算的節點總數。但是，位于神戶的理研計算科學中心主任松岡聰（Satoshi Matsuoka）說，“這將是世界上最大的Arm系統，事實上，它可能是世界上最大的超級計算機。”

在系統互連方面，富士通采用了最初為京超算設計的Tofu 6D Mesh/Torus 拓撲結構。

松岡聰表示，除了采用新的CPU之外，Post-K在執行速度上的提升還來源于其他幾個關鍵技術。內存帶寬增加了“超過一個數量級”，網絡帶寬也顯著增加。

此外，富士通還提高了京超算的雙精度運算性能。富士通商業策略和開發部門的Koji Uchikawa解釋說，為了提高應用程序的通用性，它還增加了對半精度浮點運算的支持，這種運算可以減少AI等應用程序的內存負載，在這些應用程序中，低精度是可以接受的。

除了采用Arm指令集架構外，富士通還與英國劍橋的Arm控股公司合作，該公司開發并授權Arm技術，以允許可伸縮矢量擴展實現新的指令。

此外，富士通還為這款芯片開發了自己的微架構。雖然處理器的指令集架構在硬件和軟件之間進行接口以向處理器提供指令，但是它沒有定義芯片的內部結構。相反，這是微架構的工作，因為它直接影響處理器的性能，富士通認為這將是一個對它有利的重要差異化因素。

理研和富士通在采用新架構時看到了其他一些優勢，尤其是設計本身的節能特性，比如電源開關，可以在不需要CPU的時候降低某些元件的功率。富士通聲稱其耗電量僅為30到40兆瓦，而京超算的耗電量為12.7兆瓦，盡管Post-K的目標是在應用程序處理速度上相比京超算提高100倍。

富士通和理研都表示，它們也打算利用Arm的大型軟件生態系統。“我們、富士通和其他合作伙伴將在高端服務器領域推動Arm生態系統，”理研的松岡聰說。他補充說，這將有助于富士通的商業成功，因為“不僅可以向外部公司出售他們的系統，還可以出售芯片”。

與此同時，富士通“將為京超算提供兼容的性能平衡，以便在重新編譯后可以遷移當前的應用程序。”

最近，在美國橡樹嶺國家實驗室新安裝的超級計算機Summit，使美國重獲超級計算機全球排名的榜首位置，這是六年來的首次。根據6月份的Top500榜單，Summit取得了122.3 petaflops的性能，中國的神威·太湖之光以93 petaflops的性能位居第二。勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的Sierra以71.6 petaflops排名第三。

因此，假如Post-K在2021年前后上線，不過到時，它將發現，爭奪領先地位的競爭對手比比皆是。比如，中國的新一代百億億次超級計算機“天河三號”有望在2020年研制成功，并且其原型機早已亮相。不過，松岡對這種比較不屑一顧。“登上榜首不是我們關心的問題。對于大多數應用程序來說，Post-K可能表現出最快的解決時間和最大的可擴展性，因為它擁有出色的內存和網絡帶寬，以及出色的節能設計。”

毫無疑問，不久之后超算領域的競爭對手將會煥然一新。